大学生光电设计大赛理论方案报告
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长春理工大学
第六届光电设计大赛理论方案报告
编号:
参赛题目:基于光电目标识别的空投救援无人飞行器参赛队伍名称:乐恩竞技者
所在学校:长春理工大学
队长姓名:
联系方式:
一、参赛题目:基于光电目标识别的空投救援无人飞行器
二、具体方案
无人飞行器采用四旋翼飞行器,系统主要由stm32控制模块、姿态采集模块、电源模块、电机驱动模块、超声波测距模块和CCD图像处理模块等七部分组成,采用十字型飞行模式。
整套系统运行模式流程主要是:首先飞行器装载启动,自动定高沿着场地中间白色界线向前匀速飞行。
飞行至场地底部边线后,切换飞行模式,CCD相机对目标进行识别,然后将所载的乒乓球投到相应的盒子里。
最后原路返航至起点进行下一次装载投掷。
2.1控制系统的选择方案
主控板使用stm32。
Stm32板子的I/O口很多,自带定时器和多路PWM,可以实现的功能较多,符合实验要求。
Stm32迷你板在体积和重量上也不是很大,对飞机的载重量要求不是很高。
2.2飞行姿态控制方案
十字飞行方式。
四轴的四个电机以十字的方式排列,x轴和y轴成直角,调整俯仰角和翻滚角的时候分开调整,角度融合简单,适合初学者,能明确头尾,飞行时机体动作精准,飞控起来也容易。
鉴于我们是初次设计,所以选择了十字飞行方式。
2.3角度测量模块的方案
MPU6050三轴陀螺仪。
MPU6050三轴陀螺仪就是可以在同一时间内测量三个不同方向的加速度、角速度、角度。
单轴的话,就只可以测定一个方向的量,那么一个三轴陀螺就可以代替三个单轴陀螺。
它现在已经成为激光陀螺的发展趋向,具有可靠性很好、结构简单不复杂、重量很轻和体积很小等等特点,但是其输出数据需要大量的浮点预算才能保证较高的精度,这样会影响主控板对最终的姿态控制的响应速率。
2.4 CCD相机图像识别的方案
使用彩色摄像头,由于红线和地面颜色不同,通过颜色的不同进行红线提取。
基本思路和第一种有相似之处,但是效果更好,但是处理的数据量较第一种方案要多,采集速度需要提高,因此使用DMA快速读取,这样不占据CPU时间,提高效率。
同时降低图像大小,采用
QQVGA(120*160)图像格式,这样能够减少图像处理的时间,提高效率。
三、技术路线及可行性分析
3.1系统的整体结构图
3.2 PID控制算法分析
由于四旋翼飞行器由四路电机,带动两对反向螺旋桨来产生推力,所以如何保证电机在平稳悬浮或上升状态时转速的一致性,及不同动作时各个电机转速的比例关系,是飞行器按照期望姿态飞行的关键。
所以这里我们采用到pid控制理论把飞机的当前姿态调整到期望姿态。
Pid 控制是通过姿态采集模块发送回来的数据与期望姿态进行比对,如果存在误差,就对误差进行比例、积分、微分的调整,再将调整后的值加到当前电机上,从而达到调整的目的。
比例调节的反应速度较快,而且调节作用明显,飞机出现俯仰和翻滚时能快速调节回来,但是稳定性较差,往往会调节过火;积分调节可以消除长期误差,排除外界因素的干扰,但是同样会降低系统整体的稳定性,使飞机发生震荡;微分调节可以预测被控设备的将来状态,及时的进行调整,而且对比例调节有抑制作用,加强单比例调节的稳定性,排除调节过度的问题。
所以通过pid 控制可以完全考虑到整个系统的过去、现在、将来,以使系统达到稳定。
四、拟解决的关键性问题
1. 在保证安全的条件下尽量的提高车四轴飞行器的速度。
2. 提出更高效的算法,使飞行器能更加稳定而快速行驶。
3. CCD 相机对采集图像的数据处理的算法以及反馈给主控芯片的速度。
五、特色与创新点
本方案的特色是提出了使用彩色摄像头,通过绿色地面与外界白色分量的不同使用特殊的算法,将白线信息从的图像中提取出来。
控制飞行路线。
以及彩色摄像头对目标彩色盒子的采集识别。
比例
积分 微分
被控对象
r(t)
e(t)
u(t)
C(t)
_
六、时间与进度安排
时间度安排
2016.4——2016.5.1查阅相关书籍和文献资料,
了解研究背景,明确研究内容,
了解研究所需学习的理论基础知
识和掌握设计中需要应用的软件
操作.整套系统的各模块硬件设
计,以及组装。
2016.5.1——2016.6对整个系统的各个模块进行
编程及其模拟、实际测试。
七、经费预算
科目经费金额(单位:元)
摄像头30
摄像头固定夹和支架20
飞行控制板制作100
图像处理模块制作100
螺旋桨*445
超声波测距模块30
舵机载物装置20
电源等其他配件150
估计合计600元以上
欢迎您的下载,资料仅供参考!。