微型飞行器系统主板电路设计及实现
《微型飞行器系统主板电路设计及实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型飞行器系统主板电路设计及实现（24页珍藏版）》请在文档大全上搜索。
1、南阳理工学院本科毕业设计（论文）微型飞行器系统主板电路设计与实现DesignandImplementationofMicroAirVehicleSystemBoardCircuit学院：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院NanyangInstituteofTechnology微型飞行器系统主板电路设计与实现微型飞行器系统主板电路设计与实现电子信息工程专业摘要本设计以飞思卡尔K60处理器为核心的控制平台，完成微型飞行器系统主板电路设计。该系统使用无刷直流电机作为飞行器的执行机构，使用电子调速器完成对无刷直流电机的控制；采用惯性测
2、量装置和位置传感器分别对姿态和位置测量，实现对微型飞行器需要获得飞行器的姿态和位置信号控制的要求，采用全球定位系统/惯性导航系统构成的组合导航系统，将全球定位系统的长期高精度与惯性导航系统的短期高精度结合起来，利用多传感器融合技术，获得高精度的位置修正，从而实现微型飞行器高精度的定位导航。本设计采用高度集成的片上系统，来达到减少系统重量，提高系统性能，降低系统功耗。最后，通过实验平台的综合实验，验证了该方法的可行性和有效性。关键词微型飞行器；控制理论与应用；片上系统；多传感器DesignandImplementationofMicroAirVehicleSystemBoardCircuitEl
3、ectronicInformationEngineeringSpecialtyAbstract:TheFreescaleK60processorasthecorecontrolplatformforthedesigntocompletethemicroairvehiclesystemboardcircuitdesign.ThesystemusesabrushlessDC(DirectCurrent)motorastheexecutivebodyoftheaircraft,usingtheelectronicspeedcontrolofbrushlessDCmotor;TakingInertia
4、lmeasurementunitandpositionsensorsrespectivelyasthemeasurementofattitudeandpositiontocomplishmicro-airvehicleneedtogetthespacecraftattitudeandcontrolrequirementsofthepositionsignal;UsingacombinationofGPS(GlobalPositionSystem)/INS(InertialNavigationSystem),long-termhigh-precisionGPSandINSshort-termhi
5、gh-precision,combinedtheuseofmulti-sensorfusiontechnology,accesstohigh-precisionpositioncorrectionsoastoachievehighmicroairvehicleprecisionpositioningandnavigation.Thedesignusesahighlyintegratedsystem-on-chiptoreducetheweightofthesystem,provesystemperformanceandreducesystempowerconsumption.Eventuall
6、y,theexperimentalplatformexperimentverifiesthefeasibilityandeffectivenessofthemethod.Keywords:microairvehicle(MAV);controltheoryandapplication;embeddedsystem;multi-sensor微型飞行器系统主板电路设计与实现目录1引言11.1 题目综述11.2 国内外研究现状及其发展11.2.1 国外研究现状11.2.2 国内研究现状21.2.3 未来发展情况21.3 本文主要研究内容22微型飞行器的结构形式和工作原理32.1 微型飞行器的结构形式
7、32.2 微型飞行器的工作原理32.2.1 微型飞行器的控制原理42.2.2 微型飞行器的飞行原理43微型飞行器总体方案论证53.1 控制器的选型63.2 传感器模块的选型73.2.1 陀螺仪选型83.2.2 加速度计选型83.2.3 高度计选型83.2.4 磁导航计选型84微型飞行器系统硬件设计94.1 系统的电源电路设计94.2 传感器部分电路设计104.2.1 加速度传感器与陀螺仪114.2.2 数字罗盘硬件电路114.2.3 气压计和超声波传感器硬件电路124.2.4 GPS接收机及其工作电路134.2.5 无线模块电路144.2.6 电机控制模块电路154.2.7 SIM_CARD模
8、块电路155总结和展望17参考文献18附录19致谢20II微型飞行器系统主板电路设计与实现1引言1.1 题目综述微型飞行器是一种由无线电遥控设备依靠自身程序控制装置操纵的微型无人驾驶飞行器。微型飞行器不需要飞行员在机舱内进行驾驶，飞行全过程在电子设备的控制下自主完成。飞行器上不用安装任何与飞行员有关的设备，这样可以腾出空间装更重要的设备。另外，使用微型飞行器不用担心飞行员的伤亡问题。微型飞行器可以垂直起飞降落，不需要跑道，能够实现悬停、横飞、倒飞、慢速巡航以及超低空飞行等多种飞行方式，具有结构简单、成本低等优点。基于这些优势微型飞行器在民用方面，可以完成航拍、抢险救灾、地形勘测、通信中继、环境
9、监测等任务。能够灵活应用于复杂的城市上空，具有很强的实用性。在军事上，则可应用于边境巡逻与控制、毒品禁运、军事侦察等方面。作为微型飞行器控制的核心处理器需要处理各种信息，包括无线收发、传感器数据测量和处理、电机控制、通信等。针对这些要求，使用飞思卡尔K60微处理器凭借其自身优势可以轻松地应对。1.2 国内外研究现状及其发展1.2.1 国外研究现状在国外，微型飞行器很早就开始研制。美国是研究微型飞行器最早的国家。早在1996年，美国国防部就把微型飞行器列为21世纪美国排级士兵的随身装备，而在1997年4月，美国DARPAE式立项，制订了一个为期4年、耗资3500万美元的微型飞行器研究与验证计划。
10、1998年4月美国国防高级研究计划局（DARPA与一些研究单位签订了研究合同，其研究范围涉及飞行器及其主要子系统，如推进系统、飞行控制、引导系统和传感器等相关技术的研究。美国在微型飞行器的研究方面已取得了重大进展，具技术水平目前处于世界领先地位。例如，美国的卡曼公司早在50年代就曾推出无人驾驶直升机，并且己经有一些型号投入了实际运用阶段。法国也对该领域进行了开发与研究，他们首先对翼展为20cm的微型飞行器进行了概念性研究。法国武器装备部在2000年启动了为期5年的联合计划，目的是对微型飞行器及其系统技术和作战使用进行论证。法国研制的微型飞行器在2005年进行了首次飞行（不带有效载荷）。最初两年
11、的研究在几所大学和工业部门的科研实验室联合进行，并向法国武器装备部提供设计方案。该联合计划源于30年的远景规划。法国武器装备部对微型飞行器联合计划非常重视，武器装备部负责陆空联防系统的一位官员预计，微型飞行器将用于陆军执行观测任务，即观测复杂战区，如城市和楼群；也可扩大步兵的作战视野。微型飞行器系统主板电路设计与实现另外，英、德、以色列等国也对微型飞行器进行了积极的研究与探索。1.2.2 国内研究现状国内对微型飞行器的开发起步较晚，至今仍然远落后于欧美与日本。南航、北航等少数科研机构虽制作出了样机，但因缺乏微型飞行器控制上的核心技术与经验，无法得到满意的飞行性能，至今尚未有性能稳定的微型飞行器
