四旋翼无人机高速巡查系统机库硬件子系统
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。本课题采用无线通信模块、传感器模块、电机模块、电源模块等多模块的结合使用。主控模块采用ARM STM32F103芯片作为系统的核心处理器,传感器模块采用DS18B20芯片，GSM模块采用SIM800芯片，无线通信模块采用GPRS系统，电源模块采用多晶硅太阳能发电板。主控模块主要是对各个模块进行控制并作出指令，传感器模块主要是对无人机飞回、机身温度、下雨做出感应，电机模块主要用于机库开关门。通过对各个模块进行连接进而使主控模块对各个模块进行控制，达到无人自主充电、无线通信、自动开关门等功能。关键字 四旋翼无人机，机库，自主充电，无线通信
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究的内容 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件总体方案设计 3
2.2 系统软件总体方案设计 5
3 系统硬件设计 7
3.1 传感器模块设计 7
3.2 太阳能发电板模块设计 13
3.3 电机模块设计 14
3.4 无线通信模块设计 17
3.5 主控模块设计 17
3.6 无线充电模块 22
4 机库制作和调试 24
4.1 机库的安装 24
4.2 机库的调试 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
随着社会发展，四旋翼无人机的应用逐渐涉及各个领域，四旋翼无人机在军事领、农业、灾害预防、航空拍摄等领域都各有应用，目前四旋翼无人机已经作为各国当前和未来时期重要的发展对象，四旋翼无人机在信息化的今天显得尤为重要。四旋翼无人机体小量轻，在很多平台都能使用，可实现垂直起降、悬停、侧飞、倒飞等功能，机动性超强，安全性超好，拆装比较方便，自身成本也低，能够代人完成高危信息获取执行一些高难度任务，相 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
信四旋翼无人机的应用和普及定将随时代的发展日益突出。
1.1 课题研究的意义
四旋翼无人机在现实中涉及的领域颇多，但在高速公路信息化领域，四旋翼无人机的运用还极少，本次设计设计了一种四旋翼无人机高速巡查系统，目的是为了弥补四旋翼无人机在高速公路巡查应用中的空洞，拓宽四旋翼无人机在现实中的应用领域[1]。
四旋翼无人机可以在高速公路应急救援方面发挥重要作用。在高速公路突发事故情况下，相关部门及时发现情况、查明原因、采取措施、让救援人员迅速赶往现场是很重要的。四旋翼无人机能实现快速反应、短时间飞抵现场，采集现场数据，迅速将现场的情况传送到应急救援中心，供决策者分析判断，避免事故发生或者减小事故所造成的伤害。
对于国外发达国家，高速公路的巡查和救援主要采用直升机，直升机价格高昂、成本高、数量少，这种采用直升机现场救援的方式并不适合像我国这样的发展中国家，相比直升机而言，四旋翼无人机相对价格便宜，无需要人员驾驶，还大体能达到直升机的效果，比较适合我国国情。
传统四旋翼无人机在工作过程中，续航和充电一直是一个令人头疼的问题，如果不能保证四旋翼无人机的续航，四旋翼无人机在现实的运用意义将大大降低，要解决四旋翼无人机的供电问题就必须拥用一个机库对它进行充电，本设计主要是针对于四旋翼无人机机库的硬件设计，与一般四旋翼无人机机库相比，本设计涉及充电技术领域，具体设计了一种无人机自动充电系统装置，弥补了无人机在实际应用中续航能力弱、充电困难的问题，不仅可以实现无人机的自主充电，同时还可以实时反馈无人机当前的状态[2]。
四旋翼无人机机库是整个无人机高速巡查系统的大脑，良好合理的机库设计对整个系统的实现发挥着关键作用，对四旋翼无人机机库的研究十分有必要，这也是智能城市 交通系统的驱使。
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，通过早期累积的宝贵经验取得了很多成果，目前，国外的四旋翼无人机主要针对于飞行器姿态控制、自主飞行以及多机协同运作等方面的研究。独具代表性的四旋翼无人机是美国Draganflyer公司研发出来的Draganflyer系列四旋翼无人机[3]。Draganflyer系列四旋翼无人机主要使用碳纤材料制作，载重能力超强，设有摄像头，多用于航拍。另外Parrot公司研发的AR.Drone四旋翼无人机也很具有代表性。AR.Drone四旋翼无人机可用手机远程控制，采用MEMS高精度姿态传感器，并配备多种传感器和摄像头，可轻松地进行飞行任务并进行拍摄。德国在四旋翼无人机研究方面也有较高水平，德国的MicroDrones公司推出的一款四旋翼无人机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[4]。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。
在四旋翼无人机及机库的研究和使用方面，我国起步相对发达国家较晚，但是我国在四旋翼无人机和机库的研究却是发展迅速，特别是近十年，我国在四旋翼无人机的研究方面获得巨大成果，逐渐拉近了与发达国家的距离。国防科技大学开展了微小型四旋翼无人机方面的研究，自行设计并制作了一款四旋翼飞行器，它总重约750克，长约70厘米，已完成了控制系统硬件部分的开发和测试。2010年哈尔滨工程大学在校生团队自主研发“四旋翼无人飞行器”，其精巧的外观设计，卓越的性能，引得行业内专家的关注。该“微型四旋翼无人飞行器”有四个旋翼，接受到指令后，飞行器可以在原地自主起飞，不受环境因素的干扰。大疆无人机具有傲人的70%市占率，2017年5月31日下午，大疆在北京举办新品见面会，展示了不久前在纽约发布的掌上四旋翼无人机“晓Spark”，这也是Spark在国内的首秀，Spark重量为300g，大小约等于一罐可乐，极为小巧精悍；支持人脸识别解锁与手势控制，全新的人机交互方式，是目前最便宜的大疆无人机产品。受限于体积与定价，Spark续航为16分钟，录制视频最高为 1080P 分辨率 30fps 帧率。这两块“短板”决定了Spark不是一款“全桶机”。不过Spark的便携型、智能化与亲民价很好弥补了上述遗憾。
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1 绪论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 本文主要研究的内容 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件总体方案设计 3
2.2 系统软件总体方案设计 5
3 系统硬件设计 7
3.1 传感器模块设计 7
3.2 太阳能发电板模块设计 13
3.3 电机模块设计 14
3.4 无线通信模块设计 17
3.5 主控模块设计 17
3.6 无线充电模块 22
4 机库制作和调试 24
4.1 机库的安装 24
4.2 机库的调试 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
随着社会发展，四旋翼无人机的应用逐渐涉及各个领域，四旋翼无人机在军事领、农业、灾害预防、航空拍摄等领域都各有应用，目前四旋翼无人机已经作为各国当前和未来时期重要的发展对象，四旋翼无人机在信息化的今天显得尤为重要。四旋翼无人机体小量轻，在很多平台都能使用，可实现垂直起降、悬停、侧飞、倒飞等功能，机动性超强，安全性超好，拆装比较方便，自身成本也低，能够代人完成高危信息获取执行一些高难度任务，相 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
信四旋翼无人机的应用和普及定将随时代的发展日益突出。
1.1 课题研究的意义
四旋翼无人机在现实中涉及的领域颇多，但在高速公路信息化领域，四旋翼无人机的运用还极少，本次设计设计了一种四旋翼无人机高速巡查系统，目的是为了弥补四旋翼无人机在高速公路巡查应用中的空洞，拓宽四旋翼无人机在现实中的应用领域[1]。
四旋翼无人机可以在高速公路应急救援方面发挥重要作用。在高速公路突发事故情况下，相关部门及时发现情况、查明原因、采取措施、让救援人员迅速赶往现场是很重要的。四旋翼无人机能实现快速反应、短时间飞抵现场，采集现场数据，迅速将现场的情况传送到应急救援中心，供决策者分析判断，避免事故发生或者减小事故所造成的伤害。
对于国外发达国家，高速公路的巡查和救援主要采用直升机，直升机价格高昂、成本高、数量少，这种采用直升机现场救援的方式并不适合像我国这样的发展中国家，相比直升机而言，四旋翼无人机相对价格便宜，无需要人员驾驶，还大体能达到直升机的效果，比较适合我国国情。
传统四旋翼无人机在工作过程中，续航和充电一直是一个令人头疼的问题，如果不能保证四旋翼无人机的续航，四旋翼无人机在现实的运用意义将大大降低，要解决四旋翼无人机的供电问题就必须拥用一个机库对它进行充电，本设计主要是针对于四旋翼无人机机库的硬件设计，与一般四旋翼无人机机库相比，本设计涉及充电技术领域，具体设计了一种无人机自动充电系统装置，弥补了无人机在实际应用中续航能力弱、充电困难的问题，不仅可以实现无人机的自主充电，同时还可以实时反馈无人机当前的状态[2]。
四旋翼无人机机库是整个无人机高速巡查系统的大脑，良好合理的机库设计对整个系统的实现发挥着关键作用，对四旋翼无人机机库的研究十分有必要，这也是智能城市 交通系统的驱使。
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，通过早期累积的宝贵经验取得了很多成果，目前，国外的四旋翼无人机主要针对于飞行器姿态控制、自主飞行以及多机协同运作等方面的研究。独具代表性的四旋翼无人机是美国Draganflyer公司研发出来的Draganflyer系列四旋翼无人机[3]。Draganflyer系列四旋翼无人机主要使用碳纤材料制作，载重能力超强，设有摄像头，多用于航拍。另外Parrot公司研发的AR.Drone四旋翼无人机也很具有代表性。AR.Drone四旋翼无人机可用手机远程控制，采用MEMS高精度姿态传感器，并配备多种传感器和摄像头，可轻松地进行飞行任务并进行拍摄。德国在四旋翼无人机研究方面也有较高水平，德国的MicroDrones公司推出的一款四旋翼无人机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[4]。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。
在四旋翼无人机及机库的研究和使用方面，我国起步相对发达国家较晚，但是我国在四旋翼无人机和机库的研究却是发展迅速，特别是近十年，我国在四旋翼无人机的研究方面获得巨大成果，逐渐拉近了与发达国家的距离。国防科技大学开展了微小型四旋翼无人机方面的研究，自行设计并制作了一款四旋翼飞行器，它总重约750克，长约70厘米，已完成了控制系统硬件部分的开发和测试。2010年哈尔滨工程大学在校生团队自主研发“四旋翼无人飞行器”，其精巧的外观设计，卓越的性能，引得行业内专家的关注。该“微型四旋翼无人飞行器”有四个旋翼，接受到指令后，飞行器可以在原地自主起飞，不受环境因素的干扰。大疆无人机具有傲人的70%市占率，2017年5月31日下午，大疆在北京举办新品见面会，展示了不久前在纽约发布的掌上四旋翼无人机“晓Spark”，这也是Spark在国内的首秀，Spark重量为300g，大小约等于一罐可乐，极为小巧精悍；支持人脸识别解锁与手势控制，全新的人机交互方式，是目前最便宜的大疆无人机产品。受限于体积与定价，Spark续航为16分钟，录制视频最高为 1080P 分辨率 30fps 帧率。这两块“短板”决定了Spark不是一款“全桶机”。不过Spark的便携型、智能化与亲民价很好弥补了上述遗憾。
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