基于无人机巡更的社区安防监控系统研究

发布时间：2020-11-06 06:02

　　 现如今无人机涉及到的领域越来越广泛,不管在民用领域还是在军用领域都发挥了巨大的作用,四旋翼飞行器在民用领域的应用尤为广泛。四旋翼飞行器结构简单,轻便,能够对狭窄环境进行巡航。本文利用这一特点,将四旋翼飞行器应用到了社区巡更当中,通过对飞行器远程控制,获取社区的实时图像和视频。本文首先对四旋翼飞行器的飞行姿态进行分析,通过电机转速的变化来完成飞行器的空中姿态变化。对四旋翼飞行器的飞行控制系统进行了数学分析,建立了数学模型,为PID控制和代码编写提供了理论基础。其次,对飞行器进行硬件设计和实现,选择STM32芯片作为飞行器飞控系统的微处理器,将飞控板分为电机驱动模块、升压模块、稳压模块、无线通信模块、时钟模块、MPU6050模块六个模块,对每个模块进行了电路设计,通过相应的软件画出飞行器的PCB,并对其进行了组装和后期焊接。硬件设计完毕后,根据数学模型和PID控制相关算法进行软件设计和代码编写,主要核心代码为两部分,第一部分为数据采集和通信,主要通过MPU6050模块来实现,应用寄存器来存储数据,模拟I~2C协议来进行通信和数据传输;第二部分是误差处理,主要通过四元数算法来实现,将收集的数据通过四元数算法进行误差处理,最后输出正确的姿态角。此外,为了将四旋翼飞行器应用于社区巡更过程中去,对社区巡更路径进行了规划。选择牛耕法作为社区环境全覆盖算法,提出了一种新的社区分块策略,将社区环境划分为许多小区域,在每个区域中运用牛耕法进行全覆盖,在运用牛耕法的过程中做到了扬长避短,最终实现了整个社区环境的全覆盖。最后,选择合适的视频传输系统,四旋翼飞行器搭载高清相机,对社区环境进行拍摄,通过图传模块传输到手机或者笔记本电脑,高清相机自带WIFI功能,手机或笔记本电脑可以通过WIFI与高清相机连接,获得数据;同时,通过飞行器搭载PM2.5检测模块,对实验地区的环境进行了监测和分析。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V19;TP277
【部分图文】：

青岛大学硕士学位论文研究现状研究现状无人机发展起步较早，布雷盖于 20 世纪处建造了第一架四旋人驾驶飞机的十字形机身的四角上安装了四个超过 8 米的螺电机转速相同，两条不同轴上的电机转速相反[2]。飞机驾驶置，由于设备比较单一，而导致飞行器的飞行并不理想。 1 月，美国的空军与无人机设计爱好者签订合同共同建造垂过研究设计，拥有 6 个螺旋桨，重达 1700kg 的 X 型四旋翼架末端的 6 个机翼提供飞行动力。于次年秋季试飞，但是飞有完成实际目标，但是却为后来的设计者们提供了宝贵的经行器如图 1-1 所示。

6 个机翼提供飞行动力。于次年秋季试飞际目标，但是却为后来的设计者们提供了 1-1 所示。图 1-1 原始四旋翼机研发水平最高的国家之一，21 世纪初，机，通过无人机进行环境监测、天气预报是全球领先，其“全球鹰”、“捕食者”现。

展开始于上个世纪七十年代，刚开始时技通过研发高空无人机进行军事侦察和精确，我国的无人机技术应经迈入了世界前列，成为打击敌人的一把利剑。将无人机应用在民用方面，例如执行污染监控、地理门，同时其用途也更加广泛，我国目前大服务，我国无人机的生产量在 2014 年达到大疆公司生产的四旋翼飞行器已经非常成熟，大疆公司从最早的商用飞行控制系统起控系统、多旋翼飞控系统、筋斗云系列专 Phantom、Ronin 三轴手持云台系统等产品全球同行业中领军企业，DJI 以“飞行影空中照相机方案，带给人类全新的飞行感巡逻、环境监测等任务。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 郝芸;杨奇;佟皓萌;;基于STM32的四轴飞行器设计[J];电子测试;2015年18期

2 关越魏;何波贤;于仁清;丁广威;;基于四元数解算陀螺仪姿态角算法的实现[J];电脑编程技巧与维护;2015年09期

3 张镭;李浩;;四旋翼飞行器模糊PID姿态控制[J];计算机仿真;2014年08期

4 周利坤;李悦;;油罐清洗机器人全覆盖遍历路径规划方法[J];机械设计与制造;2014年07期

5 陈志兴;刘宇;宋娟;;电力巡线用四旋翼飞行器软硬件设计[J];科技视界;2014年12期

6 胡彬彬;张玮;;单片机无线通信系统的设计与实现[J];数字技术与应用;2014年04期

7 杨永杰;张裕胜;杨赛程;张小美;;一种PM2.5检测传感器设计[J];传感器与微系统;2014年03期

8 张广玉;张洪涛;李隆球;王林;;四旋翼微型飞行器设计[J];哈尔滨理工大学学报;2012年03期

9 江杰;魏然;;飞行器飞行工况视频监测及图像处理[J];硅谷;2012年05期

10 王天永;张志海;;浅谈自动控制中的PID[J];纯碱工业;2010年01期

相关硕士学位论文 前10条

1 蔡朋成;基于STM32的四轴飞行器控制系统的研究与设计[D];安徽理工大学;2017年

2 刘俊杰;四旋翼无人飞行器的稳定跟踪控制研究[D];天津理工大学;2017年

3 刘同其;四旋翼飞行器非线性容错控制方法研究[D];燕山大学;2016年

4 邓燕;智能除草机器人的路径规划的研究[D];青岛大学;2015年

5 何瑜;四轴飞行器控制系统设计及其姿态解算和控制算法研究[D];电子科技大学;2015年

6 周慧;四旋翼飞行器及其控制系统研究[D];西北师范大学;2015年

7 田聪玲;基于反步法的四旋翼飞行器非线性控制[D];哈尔滨工业大学;2014年

8 吴大勇;基于LM4F120的四旋翼飞行控制器的研究[D];太原理工大学;2014年

9 谭广超;四旋翼飞行器姿态控制系统的设计与实现[D];大连理工大学;2013年

10 王福超;四旋翼无人飞行器控制系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2013年

本文编号：2872747