四旋翼无人机高速巡查系统机库软件子系统
四旋翼无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的非载人飞机，它在高速巡查起着至关重要的作用。本文主要是基于四旋翼无人机高速巡查系统—机库软件子系统的设计，系统以一种基于传感网的无人机自动无线充电系统装置由无线通信模块、传感器模块、电机模块、无线充电模块、太阳能模块、电源模块等组成。本文论述了系统的开发过程，着重论述了系统的各功能模块的设计与编程实现。当四旋翼无人机进入机库时无线通信模块要进行配对，配对成功后进入机库，要实现自主的无线充电过程，有效解决了现有的高速公路上无人机续航能力弱、充电困难的问题。关键词 四旋翼无人机，高速巡查，机库，无线通信，电机
目录
1 引言 1
1.1 本课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件设计 3
2.2 系统软件设计 4
3 系统各单元模块软件设计 6
3.1 主控模块设计 6
3.2 传感器模块设计 9
3.3 无线充电模块设计 13
3.4 无线通信模块设计 16
3.5 太阳能模块设计 22
3.6 电机模块设计 24
4 系统制作和调试 27
4.1 系统制作及开发环境 27
4.2 系统调试 28
结论 30
致谢 31
参考文献 32
附录A 温度读取程序代码 34
附录B 无人机循迹程序代码 37
附录C 无线通信系统程序代码 38
附录D 控制步进电机程序代码 43
1 引言
随着无人机技术日益成熟，消费水平不断提高，无人机市场正在逐渐扩大[1]。很多国家都在研究自己的无人机，无人机不仅仅出现在军事和科研领域，现在无人机还出现在农业生产（喷洒农药）、街景拍摄、监控巡察、电力巡检、快递、影视剧拍摄、灾后救 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
援、高速公路的巡查等方面。相对于固定翼无人机来说四旋翼无人机体积小、重量轻、速度快，融入人们的生活也更加容易。四旋翼无人机无需人为操作、有自带电源驱动、可以重复使用，性价比也比较高[2]。
1.1 本课题研究的目的和意义
随着我国经济的快速发展，高速公路的建设也随之发展。然而，高速公路因为是全封闭的，安全问题也日益突出，一旦发生违法占用应急车道等行为就可能发生严重的交通事故，那应该如何让我们的处理事故人员能迅速判明情况查清原因，做出正确的指挥，使救援速度加快，减少交通事故后带来的损失。还有就是公路巡查所花时间长、人力成本高、困难大，是因为交通线路分布点多面广，同时所处地形复杂，从而传统的人工巡查方法条件艰苦、工作量大。由以上种种原因四旋翼无人机走进了我们的视野，它可以快速响应，最快到达现场，还可以携带一定的救援物资，采集现场数据并迅速传送回机库，供决策者分析判断能加快救援速度[3]。所以以后在高速公路的巡查中四旋翼无人机的巡查方式将会应用越来越广泛。
四旋翼无人机高速巡查公路的过程中也会出现一些问题就是续航问题，因为四旋翼无人机相比固定翼无人机的一个区别就是多了几个电机驱动，所以需要更多容量的电池为其提供动力[4]。但增加电池的容量，飞机质量增加，飞机也相应的增加动力配置，也就导致需要更大容量的电池。为了解决四旋翼无人机的续航，我们将迫切需要在高速公路附近建一些为四旋翼无人机在执行任务过程中电量不足需要进行充电的装置（机库），有了这个机库，四旋翼无人机充满电后又可以出去巡查公路，如此重复使用，四旋翼无人机利用率将大大提高。整个机库系统也将成为我们研究的对象，将会具有很高的性价比，也有可能为我国对机库系统的科研事业做出伟大贡献[5]。通过全方位的分析比较，我们有理由说对于四旋翼无人机的机库研究具有非常重要的意义，因为机库就是四旋翼无人机的“家”。
1.2 国内外研究现状
国外对四旋翼无人机的研究起步较早，始于上世纪50年代，也积累了许多宝贵的经验。我们根据查找资料得到，近年来首先具有代表性的是美国Draganflyer公司研发出来的Draganflyer系列四旋翼无人机，主要使用碳纤材料制作，载重能力强[6]。还有德国在四旋翼无人机研究方面也具有较高的水平，德国的MicroDrones公司推出的一款四旋翼飞行器MD4200，该型号飞行器采用全碳纤工艺制作，负载能力强，而且非常省电[7]。该型号飞行器配备有GPS卫星导航系统和摄像设备，能够很轻松的在室内和室外执行航拍任务。总的看来国外由于研究的时间较早，所以积累了一定的经验，总体来说技术比较成熟。
相比于国外，我国开展四旋翼无人机技术方面和机库的研究起步较晚，发展也起伏不定，不过值得高兴的是，近十年来我国在四旋翼无人机和机库的研究却是发展迅速，拉近了与发达国家的距离。目前国内己经有许多公司(如深圳市大疆创新科技有限公司)将四旋翼无人机应用于商业化[8]。哈尔滨工程大学在校生团队自主研发四旋翼无人机，其精巧的外观设计，卓越的性能，引得行业内专家的关注[9]。总的来看，我国的四旋翼无人机技术和机库的应用水平和国外比还有一定的距离。我国在这一领域的研究起步较晚，但也取得了一定的成果。经过这些年的发展与变化，我国的四旋翼无人机也取得了一定的成就。
四旋翼无人机的研究技术发展快速，四旋翼无人机的机库研究也发展了起来，四旋翼无人机机库在整个四旋翼无人机系统中也是分不开的，因为四旋翼无人机研究再好它也需要续航，而机库就能实现这一个作用，逐渐的四旋翼无人机机库系统得到了国内外的关注，它的使用价值和光明的应用前景吸引了众多研究机构的目光[10]。在四旋翼无人机和机库研究方面，我国的水平相对国外还有一定的距离，但是我相信我国在四旋翼无人机机库的研究将会加大，相信在不久的将来，全国的高速公路沿途旁边都会出现四旋翼无人机机库这一装置。
目录
1 引言 1
1.1 本课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件设计 3
2.2 系统软件设计 4
3 系统各单元模块软件设计 6
3.1 主控模块设计 6
3.2 传感器模块设计 9
3.3 无线充电模块设计 13
3.4 无线通信模块设计 16
3.5 太阳能模块设计 22
3.6 电机模块设计 24
4 系统制作和调试 27
4.1 系统制作及开发环境 27
4.2 系统调试 28
结论 30
致谢 31
参考文献 32
附录A 温度读取程序代码 34
附录B 无人机循迹程序代码 37
附录C 无线通信系统程序代码 38
附录D 控制步进电机程序代码 43
1 引言
随着无人机技术日益成熟，消费水平不断提高，无人机市场正在逐渐扩大[1]。很多国家都在研究自己的无人机，无人机不仅仅出现在军事和科研领域，现在无人机还出现在农业生产（喷洒农药）、街景拍摄、监控巡察、电力巡检、快递、影视剧拍摄、灾后救 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
援、高速公路的巡查等方面。相对于固定翼无人机来说四旋翼无人机体积小、重量轻、速度快，融入人们的生活也更加容易。四旋翼无人机无需人为操作、有自带电源驱动、可以重复使用，性价比也比较高[2]。
1.1 本课题研究的目的和意义
随着我国经济的快速发展，高速公路的建设也随之发展。然而，高速公路因为是全封闭的，安全问题也日益突出，一旦发生违法占用应急车道等行为就可能发生严重的交通事故，那应该如何让我们的处理事故人员能迅速判明情况查清原因，做出正确的指挥，使救援速度加快，减少交通事故后带来的损失。还有就是公路巡查所花时间长、人力成本高、困难大，是因为交通线路分布点多面广，同时所处地形复杂，从而传统的人工巡查方法条件艰苦、工作量大。由以上种种原因四旋翼无人机走进了我们的视野，它可以快速响应，最快到达现场，还可以携带一定的救援物资，采集现场数据并迅速传送回机库，供决策者分析判断能加快救援速度[3]。所以以后在高速公路的巡查中四旋翼无人机的巡查方式将会应用越来越广泛。
四旋翼无人机高速巡查公路的过程中也会出现一些问题就是续航问题，因为四旋翼无人机相比固定翼无人机的一个区别就是多了几个电机驱动，所以需要更多容量的电池为其提供动力[4]。但增加电池的容量，飞机质量增加，飞机也相应的增加动力配置，也就导致需要更大容量的电池。为了解决四旋翼无人机的续航，我们将迫切需要在高速公路附近建一些为四旋翼无人机在执行任务过程中电量不足需要进行充电的装置（机库），有了这个机库，四旋翼无人机充满电后又可以出去巡查公路，如此重复使用，四旋翼无人机利用率将大大提高。整个机库系统也将成为我们研究的对象，将会具有很高的性价比，也有可能为我国对机库系统的科研事业做出伟大贡献[5]。通过全方位的分析比较，我们有理由说对于四旋翼无人机的机库研究具有非常重要的意义，因为机库就是四旋翼无人机的“家”。
1.2 国内外研究现状
国外对四旋翼无人机的研究起步较早，始于上世纪50年代，也积累了许多宝贵的经验。我们根据查找资料得到，近年来首先具有代表性的是美国Draganflyer公司研发出来的Draganflyer系列四旋翼无人机，主要使用碳纤材料制作，载重能力强[6]。还有德国在四旋翼无人机研究方面也具有较高的水平，德国的MicroDrones公司推出的一款四旋翼飞行器MD4200，该型号飞行器采用全碳纤工艺制作，负载能力强，而且非常省电[7]。该型号飞行器配备有GPS卫星导航系统和摄像设备，能够很轻松的在室内和室外执行航拍任务。总的看来国外由于研究的时间较早，所以积累了一定的经验，总体来说技术比较成熟。
相比于国外，我国开展四旋翼无人机技术方面和机库的研究起步较晚，发展也起伏不定，不过值得高兴的是，近十年来我国在四旋翼无人机和机库的研究却是发展迅速，拉近了与发达国家的距离。目前国内己经有许多公司(如深圳市大疆创新科技有限公司)将四旋翼无人机应用于商业化[8]。哈尔滨工程大学在校生团队自主研发四旋翼无人机，其精巧的外观设计，卓越的性能，引得行业内专家的关注[9]。总的来看，我国的四旋翼无人机技术和机库的应用水平和国外比还有一定的距离。我国在这一领域的研究起步较晚，但也取得了一定的成果。经过这些年的发展与变化，我国的四旋翼无人机也取得了一定的成就。
四旋翼无人机的研究技术发展快速，四旋翼无人机的机库研究也发展了起来，四旋翼无人机机库在整个四旋翼无人机系统中也是分不开的，因为四旋翼无人机研究再好它也需要续航，而机库就能实现这一个作用，逐渐的四旋翼无人机机库系统得到了国内外的关注，它的使用价值和光明的应用前景吸引了众多研究机构的目光[10]。在四旋翼无人机和机库研究方面，我国的水平相对国外还有一定的距离，但是我相信我国在四旋翼无人机机库的研究将会加大，相信在不久的将来，全国的高速公路沿途旁边都会出现四旋翼无人机机库这一装置。
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