无线遥控艇的控制系统设计.doc

摘要：海洋在人类发展历程中一直有着至关重要的作用。二战结束后，海洋开始受到空前的挑战和威胁。而无线遥控艇作为无人船艇的重要组成部分，可根据需求搭载不同的模块，进而实现众多智能化功能，且造价相对低廉，在海洋防护及其他领域中具有巨大的价值和发挥空间。

本文研究设计了一套无线遥控艇，船体结构为双体型。动力系统采用两个直流电机带动螺旋桨作为遥控艇的动力来源。电机则由2.4G-10通道遥控器控制，遥控器发射控制信号后，通过与其匹配的接收机接收并解调后通过直流有刷电调直接驱动。将STM32F103X单片机作为控制系统的主控芯片，驱动LCD显示屏、姿态仪、温湿度检测、速度检测、超声波测距等传感器模块工作；搭载GPS/BDS双模模块和无线数传模块对遥控艇位置进行定位并实时传输到电脑显示；装配FPV摄像头及5.8G图传模块获得遥控艇周边环境图像。还对无线遥控艇进行运动学分析和动力学分析，建立其数学模型，并设计了一个遥控艇轨迹跟踪PID控制器，通过Matlab及simulink组件进行仿真，验证建模的正确性。最后，对遥控艇动力系统及主控系统均进行调试，测试其是否能正常工作。

最终实现了以下功能，遥控艇的运动速度与遥控器摇杆位置成比例控制；可实时监控遥控艇的位置和航向；实时监视遥控艇周边环境；不间断采集遥控艇所处水域的温湿度等信息。

关键词：遥控艇，STM32F103X单片机，传感器，Matlab，轨迹跟踪

目录

摘要

Abstract

摘    要-I

ABSTRACT-II

第1章 前言-1

1.1 课题背景与意义-1

1.2 无线遥控艇的发展历程-1

1.2.1 国内发展现状-1

1.2.2 国外发展现状-3

1.3 无线遥控艇应用前景-4

1.4 无线遥控艇发展趋势-4

1.5 论文研究内容-5

第2章 遥控艇整体框架设计-6

2.1 遥控艇船体结构-6

2.2 遥控艇控制方式-6

2.3 遥控艇搭载模块-7

2.4 遥控艇动力系统-7

2.5 遥控艇主控系统-7

第3章 遥控艇硬件设计-9

3.1 遥控艇船体-9

3.2 动力系统-9

3.2.1 遥控系统-9

3.2.2 电调-10

3.2.3 动力装置-12

3.3 主控系统-12

3.3.1 搭载模块-12

3.3.2 主控芯片-18

3.3 无线图像传输-20

3.3.1 摄像头-20

3.3.2 无线图传模块-21

3.3.3 图像显示器-21

第4章 遥控艇软件设计-22

4.1 Keil软件简介-22

4.2 程序设计-22

4.2.1 搭载模块程序设计-22

4.2.2 主程序设计-26

第5章 Maltlab仿真-28

5.1 建立坐标系-28

5.2 建立数学模型-28

5.2.1 遥控艇运动学分析-29

5.2.2 遥控艇推进电机分析-32

5.3 遥控艇轨迹跟踪分析-34

5.3.1 轨迹跟踪-34

5.3.2 电机调速-37

5.4 遥控艇轨迹跟踪控制仿真-37

5.4.1 Maltlab软件介绍-37

5.4.2 Simulink建模-38

5.4.3 PID参数整定-39

5.4.4 仿真实验结果-40

第6章 遥控艇控制系统调试-41

6.1 调试目的-41

6.2 遥控艇子系统调试-41

6.2.1 动力系统调试-41

6.2.2 主控系统调试-41

6.2.3 无线图像传输调试-45

6.3 遥控艇系统联调-45

第7章 总结与分析-46

7.1 设计总结-46

7.2 后续研究展望-47

7.3 系统分析-47

参考文献-49

致    谢-50