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1、 密级： xxxxx UNIVERSITY 学学 士士 学学 位位 论论 文文THESIS OF BACHELOR（20112015 年）题 目：四轴飞行器的 GPS 导航系统设计学 院： 信息工程学院 系 自动化系 专业班级： 测控技术与仪器 学生姓名： xx 学号： xx 指导教师： xx 职称： 讲师 起讫日期： 2015 年 3 月 15 日至 2015 年 5 月 29 日xx 大大 学学学士学位论文原创性申明学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写
2、的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：Comment R1: 目录内容：中文宋体，
3、英 文和数字 Times New Roman，小四 页码编号：摘要,Abstract 使用页码 “I,II,”；正文开始使用页码 “1,2,3,”；小节标题左侧缩进 1 字符； 页码数字居中对齐 目录目录摘 要1 第一章 绪论3 1.1 四轴飞行器定义.3 1.2 国内外研究现状及发展趋势.3 第二章 四轴飞行器 GPS 导航模块分析实现设计 5 2.1 GPS 导航系统整体实现程序流程图 5 2.2 GPS 导航系统实现方向框图 5 2.3 GPS 导航模块介绍 6 2.4 GPS 导航模块协议信息接收分析设计 6 2.5 GPS 导航模块协议信息提取设计 9 2.6 LCD12864 液晶
4、显示设计10 2.7 按键响应设计.10 第三章 四轴飞行器 GPS 导航模块硬件设计 11 3.1 最小系统硬件设计.11 3.1.1 单片机 STC89C52.11 3.1.2 单片机晶振部分12 3.1.3 单片机复位部分13 3.1.4 电源模块部分13 3.1.5 轻触按键控制部分14 3.2 12864 液晶显示硬件设计14 3.3 GPS 导航模块硬件设计 17 第四章 结束语18 4.1 展望.18 4.2 小结与体会.18 参考文献19 附录20Comment R2: 注意格式摘要1四轴飞行器的四轴飞行器的 GPS 导航系统设计导航系统设计专 业：测控技术与仪器 学 号：xx
5、学生姓名：xx 指导教师：xx摘摘 要要在四轴飞行器诞生之前，如某地发生灾害，救援人员到达现场路途艰辛，派无人机探路虽可以节省时间成本很高，动辄几十万。而且一些地方要求微小的操作空间，这时四轴飞行器的优势就凸显出来。但同时，在一些如气象部门或者测绘部门等等的四轴飞行器的使用中，四轴飞行器的一些短板就日益凸现出来。例如飞行器的续航问题，飞行规划问题等。在一些没有导航仪的飞行器上我们想知道飞行器的位置我们都无从知晓。对于此问题的解决办法就是给飞行器安装一个 GPS 导航仪并配备自动导航系统。下文就是关于基于 GPS 的四轴飞行器的导航系统的设计。本文致力于研究四轴飞行器在 GPS 导航的前提下能够
6、实时显示飞行器的当前时间，位置有经度和纬度，海拔和速度信息。为以后四轴飞行器的自主导航研究打下基础。本文的重要步骤如下：（1）读取 U-blox 公司的 VK1612U7M3 型 GPS 导航模块从卫星接收的数据并分析提取我们需要的时间、位置、速度等信息。（2）把从 GPS 模块提取的信息经过 MCU 处理后由 LCD12864 液晶直观的显示出来，并且能通过按键切换不同的显示界面。关键词关键词：GPS，LCD12864，四轴飞行器Abstract2The Design of GPS navigation system for QuadrotorAbstractAbstract: Before
7、 the invention of quadrotor, Its hard for rescue workers to arrive if a disaster occurs. Sending an UAV can be quick but it usually costs a lot, even hundreds of thousands. Some places require small operating space, then the advantages quadrotor would stand out.The use of quadrotor has been in lots
8、of area such as the meteorological department or surveying and mapping departments. But at the same time, its disadvantages such as endurance and path planning come out gradually. We have no way to figure out the location of some aircrafts without navigator. We can solve this problem by installing a
9、 GPS navigator on the aircraft with an automatic navigation system. In the next, I give my design on GPS-based navigation system of the quadrotor.In this paper, we were devoted to find out if the quadrotor equipped with GPS navigation able to show the real-time and the position including longitude ,
10、latitude, altitude and speed information during the flight. My research will lay great foundation for future research of quadrotor autonomous navigation. I do it as follows:(1) Read the U-blox companys GPS navigation data of VK1612U7M3 received from the satellite and analyze the extraction time we n
11、eed, location, speed and other information.(2) Handle the information extracted from the GPS module with MCU, then visual displays it with LCD12864, switching the key can get different displays.Keywords: GPS，LCD12864，quadrotor.第一章 绪论3第一章第一章 绪论绪论1.1 四轴飞行器四轴飞行器定义定义图图 1-1 四轴飞行器四轴飞行器四轴飞行器是微型飞行器的其中一种，也是一
12、种智能机器人。其构造特点是在它的四个角上各装有一旋翼，由电机分别带动，叶片可以正传，也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有 3 个方向的陀螺仪和 3 轴加速度传感器组成惯性导航模块，通过电子调控器来保证其快速飞行。1.2 国内外研究现状及发展趋势国内外研究现状及发展趋势四轴飞行器可搭载 GPS、北斗导航系统、高清摄像头、各种科研设备甚至武器系统,民用型的飞行器可执行灾情调查救援任务;各种通讯中继等。军用的飞行器可执行高空定点侦查,情报搜寻以及武装攻击等高风险任务。在中国有一家世界级的全球顶尖的无人机飞行平台和影像系统自主研发和制造商深圳市大疆创新科技有限公司(DJI),其成立
13、于 2006 年,作为一家在无人飞行器控制系统及无人机解决方案的研发和生产商在全球处于领先地位,在全球有 40 多个国家都有它的客户。通过大疆不断的努力并致力于为无人机工业、行业用户以及专业航拍应用提供性能最、体验最好的革命性智能解决方案和飞控产品。作为全球顶尖的无人机飞行平台和影像系统自主研发和制造商，DJI 大疆创新始终以领先的技术和尖端的产品为发展核心。从最早的商用飞行控制系统起步，逐步研发推出了 ACE 直升机飞控系统、多旋翼飞控系统、S1000 筋斗云高画质专业飞行平台、多旋翼一体机 Phantom、Ronin 三轴手持云台系统等产品系列。不仅填补了国内外多项技术空白，并成为全球同行
14、业中领军企业。目前，DJI 以“飞行影第一章 绪论4像系统”为核心发展方向，通过多层次的空中照相机方案，带给人类全新的飞行感官体验，使得飞行在普罗大众中皆能随心所欲。下图 1-2 为大疆无人机的几款无人机产品。图图 1-2 大疆无人机的几款无人机产品大疆无人机的几款无人机产品在国外，在德国，由德国 MICRODRONES 公司生产的型号 MD4-200 四旋翼飞行器如图 1-3，机体采用碳塑材料，因而它兼具轻巧和高强度的特点，同时该材料也使 MD4-200可以抗电磁干扰。其 AAHRS(高度、姿态和航向参考系统)使用了如下几种传感器：加速计、陀螺仪、磁力计、气压计、湿度计、温度计。通过使用 4
15、 个同步无刷直驱电马达，飞行器的噪音非常小(当转速小于 2000 转/分钟，在 3 米处噪音小于 63 分贝)。选配的 GPS 系统能够实现空间位置锁定与自动航点导航功能，还可以选择以 microSD 卡作为记录器的飞行记录仪来实时记录和分析飞行数据，所有重要的飞行数据都可以下载到数据中心，包括电池状态、高度、姿态、位置、飞行时间等。MD4-200 还具有安全保护措施以避免坠毁，它能够在电量不足和失去控制信号时自主降落。目前 MD4-200 可以完成一次充电不低于 20 分钟的飞行时间。2006 年 4 月在德国上市以来，短短的 16 个月里，在欧洲已经销售了超过250 套 MD4-200 四旋翼飞行器系统，它们被用于许多不同领域：航空摄影、空中考古、空中监视、植被调查、消防救灾、边境控制、警察、特种部队和军队等等。图图 1-3 德国德国 MICRODRONES 公司生产的型号公司生产的型号 MD4-200 四旋翼飞行器四旋翼飞行器第二章 四轴飞行器 GPS 导航模块分析实现设计5第二章第二章 四轴飞行器四轴飞行器 GPS 导航模块分析实现设计导航模块分析实现设计2.1 GPS 导航系统整体实现程序流程图导航系统整体实现程序流程
