“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目.精品文檔.“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱： 四旋翼自主飛行器的設(shè)計(jì) 項(xiàng)目類別：創(chuàng)新訓(xùn)練、 創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、 創(chuàng)業(yè)實(shí)踐 申報(bào)等級(jí)： 省 級(jí) 校 級(jí) 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 肖昌明 所 在 系： 信息與控制工程系 專業(yè)班級(jí)： 電氣14級(jí)、自動(dòng)化13級(jí) 指導(dǎo)教師： 單超穎 職稱： 助教 填報(bào)時(shí)間： 2016年5月9日 教務(wù)處制填寫要求 一、填寫申請(qǐng)書前，請(qǐng)認(rèn)真查閱學(xué)院201499號(hào)文件的要求。二、項(xiàng)目分類說明：1.創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目是本科生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)，在校內(nèi)導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)、設(shè)備和材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的實(shí)

2、施、數(shù)據(jù)處理與分析、總結(jié)報(bào)告撰寫等工作。2.創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目是本科生團(tuán)隊(duì)，在校內(nèi)導(dǎo)師指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)中每個(gè)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中承擔(dān)一個(gè)或多個(gè)具體的角色，通過編制商業(yè)計(jì)劃書、開展可行性研究、模擬企業(yè)運(yùn)行、進(jìn)行一定程度的驗(yàn)證試驗(yàn)，撰寫創(chuàng)業(yè)報(bào)告等工作。3.創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目是學(xué)生團(tuán)隊(duì)，在學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同指導(dǎo)下，采用前期創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)）的成果，提出一項(xiàng)具有市場(chǎng)前景的創(chuàng)新性產(chǎn)品或者服務(wù)，以此為基礎(chǔ)開展創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)。申報(bào)該類項(xiàng)目需額外提交企業(yè)導(dǎo)師合作指導(dǎo)協(xié)議書作為附件。三、申請(qǐng)書要逐項(xiàng)認(rèn)真填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)?？杖表?xiàng)要填“無”。四、格式要求：申報(bào)書中各項(xiàng)內(nèi)容以Word文檔格式填寫；

3、表格空間不足的，可以擴(kuò)展或另附紙張；均用A4紙打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。五、凡選擇性欄目，請(qǐng)?jiān)谙鄳?yīng)的內(nèi)劃“”。六、聯(lián)系部門：教務(wù)處實(shí)踐教學(xué)科一、基本情況項(xiàng)目名稱 四旋翼自主飛行器的設(shè)計(jì)所屬一級(jí)學(xué)科 自動(dòng)化項(xiàng)目來源自主立題 教師指導(dǎo)選題 其它經(jīng)費(fèi)來源省教育廳資助 學(xué)校資助 企業(yè)資助 其它項(xiàng)目性質(zhì)發(fā)明、設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)性研究 應(yīng)用性研究 社會(huì)調(diào)研經(jīng)費(fèi)額度5000元項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間起始時(shí)間：2016 年 5 月 結(jié)題時(shí)間： 2017 年 5 月負(fù)責(zé)人姓名系專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)聯(lián)系電話E-mail肖昌明信息與控制 工程系 自動(dòng)化13402022315304029400939267506成 員杜雨

4、杭信息與控制工程系電氣工程及其自動(dòng)化144010124137225465291422036524孫杰信息與控制工程系電氣工程及其自動(dòng)化14401011518248605150424477807李炎柘信息與控制工程系電氣工程及其自動(dòng)化144010314153820985341583437346單榮峰信息與控制工程系電氣工程及其自動(dòng)化14401042215382098104932804452何晨銳信息與控制工程系電氣工程及其自動(dòng)化14401020915382098294he719626975指導(dǎo)教師 姓名 單超穎職稱 助教所在學(xué)科電氣工程及其自動(dòng)化郵箱Scy6069聯(lián)系電

5、位 沈陽城市建設(shè)學(xué)院在該領(lǐng)域的主要成果1 、基于AVR單片機(jī)的客車除霜控制系統(tǒng)。2015-03-27電子制作。第一作者2 、下一代互聯(lián)網(wǎng)城市的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)。2015-03-05中小企業(yè)管理。第一作者3 、應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型期實(shí)踐教學(xué)改革研究。2014-10-21中國(guó)會(huì)議。第三作者4 、基于AVR單片機(jī)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻智能控制器設(shè)計(jì)。2013-09-01中國(guó)會(huì)議。第一作者5 、機(jī)械加工零件的熱處理技術(shù)研究。 2015-02-25。中小企業(yè)管理。第二作者6、2014、2015年遼寧省“TI杯”大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽。指導(dǎo)教師。 二、立論依據(jù)1、項(xiàng)目的研究意義（限200字） 隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)

6、技術(shù)也在學(xué)習(xí)生活中廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四旋翼飛機(jī)對(duì)飛行控制的要求，完成了飛行控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、以及器件選型、硬件電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),并進(jìn)行了大量調(diào)試,解決了程序與硬件設(shè)計(jì)中存在的問題。通過本次的四旋翼自主飛行器設(shè)計(jì)來鍛煉學(xué)生從理論到實(shí)踐的能力，讓學(xué)生體會(huì)單片機(jī)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試和完成項(xiàng)目的過程及困難，同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)實(shí)際問題的分析、解決能力。2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析并附主要參考文獻(xiàn)（限1000字）四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)有兩個(gè)階段。在第一個(gè)階段即20世紀(jì)初，法國(guó)科學(xué)家和院士Charles Richet制造了一個(gè)小型無人直升機(jī)，他的一個(gè)學(xué)生Louis Brégue

7、t在他的實(shí)驗(yàn)中獲得靈感。1906年，Louis和Jacques Bréguet在Richet教授的指導(dǎo)下做他們自行設(shè)計(jì)的直升機(jī)實(shí)驗(yàn)。1907年，Bréguet兄弟制作了他們第一架旋翼式直升機(jī)-Bréguet-Richet Gyroplane No.1，在法國(guó)Douai首次試飛，載人飛行高度1.5米。之后在1921年，George De Bothezat建造了另一架大型的四旋翼直升機(jī)。其飛行控制過程仍有問題，直升機(jī)無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行。直到1924年，Oemichen四旋翼飛行器的出現(xiàn)，才首次實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)的穩(wěn)定垂直飛行，飛行高度為1000米。第二個(gè)階段即從21世紀(jì)初開始

8、到現(xiàn)在，四旋翼飛行器的動(dòng)力能源采用電動(dòng)，主要是無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicles，UAV），廣泛應(yīng)用于軍事、商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。無人機(jī)主要包括兩大類：固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)。四旋翼飛行器的優(yōu)點(diǎn)：可垂直起降（Vertical Take Off and Landing，VTOL）；執(zhí)行精確緩慢的運(yùn)動(dòng)、懸停；擁有更大的載荷量和良好的操控性；能以各種姿態(tài)飛行，如前飛側(cè)飛和倒飛；多障礙和狹小的空間穿越飛行。 四旋翼飛行器能夠執(zhí)行搜救和偵察等任務(wù)，決定了四旋翼飛行器具有更廣闊的應(yīng)用前景。四旋翼飛行器作為一種具有獨(dú)特飛行性能的無人機(jī)，正越來越受到人們的重視，迅速成為國(guó)際上新的研究熱點(diǎn)。國(guó)

9、內(nèi)對(duì)于四旋翼飛行器的研究起步較晚，但是發(fā)展迅速。昆士蘭州技術(shù)大學(xué)的PipeDream項(xiàng)目已經(jīng)設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)四螺旋槳飛行器，并且是基于模型氣動(dòng)機(jī)的，但是飛行器的通常形式都存在推力不足和控制可行性差的問題，。上海交通大學(xué)微納米科學(xué)技術(shù)研究院曾成功研制出以直徑2mm電磁微馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)器，能離地飛行的雙旋翼微型直升機(jī)?，F(xiàn)在研制能帶負(fù)載并可離地飛行的四旋翼微型直升機(jī)。STC89SC52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，超聲波測(cè)距模塊為HC-SR04包括了超聲波發(fā)射器，接收器，控制電路，飛行姿態(tài)的測(cè)量采用慣性裝置（陀螺儀MPU6050）。通過給單片機(jī)編程控制四旋翼飛行器。 參考文獻(xiàn)1.龐慶霈 .四旋翼飛行器設(shè)計(jì)

10、與穩(wěn)定控制研究D.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué).2011.2.王偉，馬浩，孫長(zhǎng)銀.四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J科學(xué)與技術(shù)工程.2013,13(19).3.龐慶霈,李家文,黃文浩. 四旋翼飛行器設(shè)計(jì)與平穩(wěn)控制仿真研究J. 電光與控制,2012,03:51-55.4.魏麗文.四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.5.程敏. 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)構(gòu)建及控制方法的研究D.大連理工大學(xué),2012. 6.段世華. 四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)D.電子科技大學(xué),2012. 7. X. Deng, L. Schenato and S.S Sastry, Attitude Control for a

11、Micromechanical Flying Insect Including Thorax and Sensor Models ICRA 2003, Teipei, Taiwan 2003. 8. S. Sastry, A mathematical introduction to robotic manipulation . Boca Raton, FL, 1994. 三、研究方案1、研究目標(biāo)（限200字） 通過利用STC89C52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元和以該芯片為核心的控制電路對(duì)四旋翼飛行器進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。包括硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件仿真的測(cè)試，在設(shè)計(jì)中，我們采用在原有四旋翼飛機(jī)的模型的基礎(chǔ)

12、上，運(yùn)用PID控制來實(shí)現(xiàn)速度與位置的控制，通過控制4個(gè)直流電機(jī)無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)飛行器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)飛行，在飛機(jī)上加上傳感器檢測(cè)模塊，超聲波測(cè)距模塊，并將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)上進(jìn)行處理，然后通過軟件仿真技術(shù)進(jìn)行編程，通過控制單片機(jī)，根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)四旋翼飛機(jī)的智能控制。 2、 研究?jī)?nèi)容（限400字） 利用單片機(jī)對(duì)四旋翼飛機(jī)智能功能的設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件電路的設(shè)計(jì)，硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括MPU-6050整合性4軸運(yùn)動(dòng)處理組件，STC89C52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，電源模塊，電機(jī)調(diào)速控制模塊，傳感器檢測(cè)模塊，攝像拍照功能模塊。軟件部分的設(shè)計(jì)包括控制算法的設(shè)計(jì)，將四旋翼飛行器實(shí)時(shí)控制算法分

13、為2個(gè)PID控制回路。系統(tǒng)軟件采用C語言編寫，主要功能是接受遙控指令，對(duì)飛行器進(jìn)行遙控操作，同時(shí)通過采集飛行器姿態(tài)信號(hào)，對(duì)飛行器進(jìn)行閉環(huán)控制，提高飛行器的飛行穩(wěn)定性和可靠性，飛行器的姿態(tài)的解算和PID控制器的參數(shù)的確定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，通過分析四旋翼飛機(jī)的飛行原理可以總結(jié)出飛行控制系統(tǒng)由姿態(tài)感測(cè)裝置、微處理控制器和無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，動(dòng)力組等部分組成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 以STC89C52單片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的起飛，懸空，上升的高度，飛行速度，航拍等內(nèi)容。 3、 擬解決的關(guān)鍵問題（限200字） 四旋翼飛行器是一種外形新穎，性能優(yōu)越的垂直起降飛行器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

14、、操作靈活等特點(diǎn)，在災(zāi)區(qū)救援，軍事運(yùn)輸上有重要價(jià)值，越來越被人們所關(guān)注。所以研究的意義及其重大。關(guān)鍵問題分為以下三種：第一，資金問題，在研究過程需要大量的道具及相關(guān)器件以便達(dá)到更加效果 第二，研究場(chǎng)地，研究過程需要更為優(yōu)質(zhì)的環(huán)境便于研究的更高效率。第三，研究的輔助工具，如電腦，書籍等4、 擬采取的研究方法及技術(shù)路線（限800字） 研究方法： 采用硬件底層平臺(tái)和軟件高級(jí)應(yīng)用程序協(xié)同設(shè)計(jì)的基本思路，其研究方法流程如下圖所示：軟硬件任務(wù)劃分系統(tǒng)描述硬件/軟件接口硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)軟硬件集成設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證綜合實(shí)現(xiàn) (2)技術(shù)路線：技術(shù)上將系統(tǒng)分模塊化，層次化進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，系統(tǒng)模塊及層次化設(shè)計(jì)如

15、下所示； 1）主控系統(tǒng)：采用c51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，用其控制飛行器以實(shí)現(xiàn)既定的性能指標(biāo)。單片機(jī)資源豐富，有較為強(qiáng)大的控制功能及位尋址操作功能，價(jià)格低廉，應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。 2）硬件設(shè)計(jì)： 驅(qū)動(dòng)模塊：本試驗(yàn)利用主控芯片輸出PWM脈沖波，通過編程改變其占空比來控制四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的配合就可以實(shí)現(xiàn)飛行器的起飛，前行，降落，拍照，攝影傳送所拍圖片及視頻功能。采用直流電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298。L298作為驅(qū)動(dòng)的原理與H型PWM電路相同，只是將這些分立元件集成在一塊芯片內(nèi)部，方便適用。 機(jī)械系統(tǒng)：本設(shè)計(jì)要求飛行器的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，而三輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 電源模塊：使用四節(jié)1

16、.5V南孚電池為整個(gè)系統(tǒng)供電，電壓可達(dá)到6.5v，該電源輸出電流能力較大，而且能較長(zhǎng)時(shí)間為小車提供穩(wěn)定的電流，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，符合實(shí)際要求。 信號(hào)檢測(cè)模塊：起飛后能到達(dá)指定位置并且能夠返回起飛點(diǎn)，在飛行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)拍照功能。 3）軟件設(shè)計(jì) 主要是采用c語言編程，對(duì)程序的控制，改變數(shù)據(jù)的大小來定電壓，提高電流，促進(jìn)飛機(jī)正常的飛行。 5、實(shí)驗(yàn)方案（限500字）采用STC89SC52單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元。以STC89SC52單片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用超聲波傳感器，慣性測(cè)量裝置組成不同的檢測(cè)裝置，來實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器在飛行中的垂直運(yùn)動(dòng)，前后運(yùn)動(dòng)等問題，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片

17、機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)四旋翼飛行器的智能化控制。在本系統(tǒng)中： 1）采用MPU-6050整合性4軸運(yùn)動(dòng)處理組件，相較于多組件方案，免除了陀螺儀與加速器時(shí)之軸間差的問題，減少了大量的包裝空間。 2）超聲波測(cè)距模塊為HC-SR04包括了超聲波發(fā)射器，接收器，控制電路，性能穩(wěn)定，測(cè)量距離精確，模塊高精度，盲區(qū)小。 3）飛行姿態(tài)的測(cè)量采用慣性裝置（陀螺儀mpu6050）。 4）超聲波傳感器高度控制是通過PID閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)的，這種控制采用閉環(huán)反饋，通過超聲波傳感器發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間差，計(jì)算距離，反饋給主控芯片，同時(shí)控制四個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 5）為四旋翼飛行器飛行控制系

18、統(tǒng)，無刷電機(jī)等提供電源。由于四旋翼飛行器載重有限，所以電源系統(tǒng)應(yīng)該盡可能輕，能量密度要大?？紤]到線性穩(wěn)壓方式轉(zhuǎn)換效率不高，能量損耗大的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)改用開關(guān)電源的方式來穩(wěn)壓。但開關(guān)電壓會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，而且存在電源波紋，這樣對(duì)PPM的遙控方式影響很大。6、 具備的知識(shí)基礎(chǔ)（限150字） 為了設(shè)計(jì)四旋翼自主飛行器，必須具備單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠靈活運(yùn)用單片機(jī)的內(nèi)部資源，能夠熟練使用編程語言實(shí)現(xiàn)飛行器的基本功能，掌握基本的模擬電子技術(shù)以及數(shù)字電子技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換,熟練掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)用以設(shè)計(jì)單片機(jī)的外圍電路從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 7、 設(shè)備條件（限150字） 為了設(shè)計(jì)出能

19、夠完成一些指定飛行任務(wù)的四旋翼自主飛行器就必須具備充實(shí)的單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，能夠靈活的運(yùn)用單片機(jī)的八個(gè)I/O口控制兩路電機(jī)的四個(gè)輸入端，對(duì)四旋翼飛機(jī)的四個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制從而使電機(jī)轉(zhuǎn)向，前進(jìn)，停止等一系列動(dòng)作。熟悉整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用到了單片機(jī)基本功能模塊:電源模塊、時(shí)鐘模塊、PWM輸出模塊、超聲波傳感器模塊、ECT模塊、航拍模塊以及普通I/O模塊。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了初始化配置，通過對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)寄存器或狀態(tài)寄存器的讀寫，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。8. 本項(xiàng)目的創(chuàng)新之處（限200字）攝像模塊：飛行器在飛行過程中進(jìn)行拍攝，能有效的儲(chǔ)存視頻。用模塊設(shè)計(jì)的思想給出了四旋翼飛行器的整體設(shè)計(jì)框架，以及飛行姿態(tài)的的

20、解算。飛行模塊：陀螺儀調(diào)整飛行姿態(tài)，輸出的誤差小，完全能滿足飛行器在飛行過程中的姿態(tài)矯正。 系統(tǒng)控制模塊：選擇STC89C52單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的控制。該單片機(jī)具有IAP功能，運(yùn)行穩(wěn)定，保密性強(qiáng)，支持在線下載。 電源模塊：使用四節(jié)1.5V南孚電池為整個(gè)系統(tǒng)供電，電壓可達(dá)到6.5v，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，符合實(shí)際要求。 9.項(xiàng)目研究年度計(jì)劃2016/05/15-2016/05/31 明確完成基本任務(wù)2016/06/01-2016/07/10 設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng),完成外圍硬件電路的設(shè)計(jì) 2016/07/10-2016/08/10 搭建開發(fā)平臺(tái)根據(jù)電路原理圖使用C語言編寫四旋翼程序, 對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行仿真，查找錯(cuò)誤并進(jìn)行優(yōu)化。2016/08/12-2016/08/16 參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，完成實(shí)物制作并進(jìn)行最終調(diào)試2016