四旋翼无人机机库硬件子系统(附件)
本课题主要设计四旋翼无人机机库硬件子系统，系统以STC89C52RC单片机为核心处理器，结合GPS，nrf2401，步进电机，超声波，激光对管，电机驱动ULN2003，OLED，蜂鸣器等，实现机库自主打开、闭合以及防暴力拆卸等。运用DXP软件完成系统原理图、PCB版图设计。结合软件，机库能够实现无人机的精确定位，利用与无人机之间的通信完成机库的自动启合以及精确停放。关键词 四旋翼无人机，机库，单片机，GPS
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 发展趋势1
1.3研究意义2
2 设计方法和工作原理2
2.设计方法2
2.2 工作原理3
3 系统设计3
3.1硬件设计3
3.2软件设计3
3.3 STC89C52RC单片机4
3.4 激光对管6
3.5 nrf24017
3.6 蜂鸣器10
3.7 其它模块13
4 系统调试17
4.1 GPS模块调试20
4.2 超声波模块调试21
4.3 总硬件系统调试22
总 结23
致 谢24
参 考 文 献25
附录一机库模型26
附录二总硬件截图27
1 绪论
研究背景
随着近些年来科技的高度发展，四旋翼飞行器在人们的生活当中正担负着越来越不可或缺的职责，可在水灾、火灾、地震等众多灾情中进行调查勘测并加以救援；在一些化工厂等场所还可以检测排放的各种各样的有毒气体的浓度是否达标；连续监控重要设施是否出现故障；巡查输油管线和输电线路在运行过程中漏油和漏电的排查；一些人们无法轻松拍照的自然风景区进行无人机自动化取景拍照；监测某些特定地区进行日常环境是否达标，四旋翼无人机自动巡查完后自动记录数据并进行存储以供研究，这种方式减少了人力资源。四旋翼无人机在投入使用中集众多特点，比如总体成本低、方便处理多种情况、能适应多种环境等特点，但同时作为一种航空产品，也要求无人机产品具有非常高的可靠性和可操作性。
四旋翼飞行器属 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
于旋翼式无人飞行器的一种，“四旋翼”是指飞行器的动力由四个旋翼式的飞行引擎来提供。运用现代控制技术，可实现用电机对飞行器的控制研究，使其结构更简单。通过调节飞行器四个旋翼的转速，改变所产生的扭矩和升力，实现飞行姿态的控制。与传统的单旋翼直升机相比，四旋翼飞行器的发展更趋小型化、多样化，应用领域愈加广泛。
无人机机库目前在国内外还未普遍的深入研究，大多数人认为无人机所占空间太小，随便停放在某个位置即可，这样省事又节约，当然这种想法太过随意与肤浅。从长远角度来看，专业化的机库为无人机的保护与无人机自身数据的采集还是有很大的帮助的，增加了现代四旋翼无人机的专业化。国内外的无人机机库主要也是在军事领域研究的相对较多，而在民事领域中基本上没有提上研究的日程。
大量的四旋翼无人机投入使用，生活中无人化，自动化的无人机停放成了一个问题。无人机的停放地点成为现阶段无人机相关研究的重要项目。四旋翼无人机的安全检测、无人机的保养、无人机的故障维修等问题引起了关注，因此，关于四旋翼机库的构想及设计，可以在一定程度上改善此问题。
1.2发展趋势
无人机机库的结构种类繁多，质量要求很高。鉴于机库的重要性及结构的特殊性，机库的结构选型就成为结构设计中要解决的重要内容。由于机库基建投资很高，因此无人机发展趋势要求机库具有使用上的较大机动灵活性，以免因无人机不断改型而废弃，造成重大损失。并且还要求无人机机库能够根据情况自动闭合，具有防止暴力拆卸的功能。机库结构型式要能够与时俱进，结构型式要优先于空间结构型式的发展。要充分发挥建筑物美观的选型原则并且要体现出现代化机库设计的经济性。机库设计的同时不仅要考虑眼前的利益而且还要把未来的发展考虑在内。
参考大型机库的，四旋翼无人机机库的设计应该具有高质量，可以进行无人机的维修、保养、更换零部件，日常养护等一切维修服务。机库设计的所有维修和机库应考虑周围的气候环境的条件，在任何环境下都要保证无人机的安全运行；机库设计要保证不危害人体健康；机库的基本结构设计中选择的材料要符合国际标准，要隔离外界，要测算好冷热温度、风速、温度、雨雪等气候因素；机库选择的材料要隔离能力好，耐火耐热的材料。
多技术结合也是接下来的发展方向，未来的四旋翼无人机的发展要求障碍回避的功能更加强大。这样就要求无人机机库定位精度高、可靠性高、抗干扰性能高等特点。因此，接下来机库要求GPS定位加上多传感器结合。
1.3 研究意义
四旋翼无人机机库没有投入使用的时候，四旋翼无人机停放过于随意，导致无人机出现一些完全可以避免的损坏，如机身出现磨损。一个合理的无人机机库，让无人机的停放规律化，给无人机的保养、维修及安全检测提供便利的场所。无人机机库的出现使无人机的寿命得到延长，定期的系统检查使得无人机的安全性能得到保障。机库可以定期给四旋翼无人机保养，使得其零部件得到寿命的延长和无人机在工作的过程中降低故障发生的概率。着重对无人机故障前对四旋翼无人机进行排查，这样机库将会提供绝佳的帮助。这样可以减少不必要的损失，同样对四旋翼无人机未来的发展有着重大的意义。
2 设计方法和工作原理
2.1设计方法
本次无人机机库设计主要用单片机为控制器，机库系统由机库终端和GPS定位系统两部分构成。GPS定位系统部分，通过对四旋翼无人机位置的实时反馈，将采集的数据信息通过无线模块发送至机库终端无线模块接收，并对比预设的参数阀值进行位置判断，符合阀值则是机库动作，可以在终端查看具体数据信息。系统能实时监控四旋翼无人机位置参数，并在遇到暴力拆卸是进行声光报警。
GPS定位四旋翼无人机时存在客观的影响定位精确度的因素，这是每个用户都存在的问题。但是我们在制造机库的时候可以考虑周围环境因素带来的影响。如若GPS定位不准确可能导致无人机无法准确停放在机库。
然后，此次无人机机库的制造采用的是keil软件进行操作设计的。它的集成环境是非常方便的，并且它的仿真调试也是出类拔萃的。
2.2四旋翼无人机入库的工作原理
GPS给四旋翼无人机进行精确的定位，然后通过nrf2401这个单片射频收发芯片和无人机机库进行通信，接着用超声波测出无人机所在的距离机库的高度，当四旋翼无人机到达机库上方的某一指定高度时，步进电机通过正转将无人机的库门打开。接着用激光对管检测无人机是否进入无人机机库中，当无人机完全进入机库中时，步进电机通过反转，将无人机的库门闭合。最后，经纬度，高度在有机发光二极管OLED上显示。
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 发展趋势1
1.3研究意义2
2 设计方法和工作原理2
2.设计方法2
2.2 工作原理3
3 系统设计3
3.1硬件设计3
3.2软件设计3
3.3 STC89C52RC单片机4
3.4 激光对管6
3.5 nrf24017
3.6 蜂鸣器10
3.7 其它模块13
4 系统调试17
4.1 GPS模块调试20
4.2 超声波模块调试21
4.3 总硬件系统调试22
总 结23
致 谢24
参 考 文 献25
附录一机库模型26
附录二总硬件截图27
1 绪论
研究背景
随着近些年来科技的高度发展，四旋翼飞行器在人们的生活当中正担负着越来越不可或缺的职责，可在水灾、火灾、地震等众多灾情中进行调查勘测并加以救援；在一些化工厂等场所还可以检测排放的各种各样的有毒气体的浓度是否达标；连续监控重要设施是否出现故障；巡查输油管线和输电线路在运行过程中漏油和漏电的排查；一些人们无法轻松拍照的自然风景区进行无人机自动化取景拍照；监测某些特定地区进行日常环境是否达标，四旋翼无人机自动巡查完后自动记录数据并进行存储以供研究，这种方式减少了人力资源。四旋翼无人机在投入使用中集众多特点，比如总体成本低、方便处理多种情况、能适应多种环境等特点，但同时作为一种航空产品，也要求无人机产品具有非常高的可靠性和可操作性。
四旋翼飞行器属 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
于旋翼式无人飞行器的一种，“四旋翼”是指飞行器的动力由四个旋翼式的飞行引擎来提供。运用现代控制技术，可实现用电机对飞行器的控制研究，使其结构更简单。通过调节飞行器四个旋翼的转速，改变所产生的扭矩和升力，实现飞行姿态的控制。与传统的单旋翼直升机相比，四旋翼飞行器的发展更趋小型化、多样化，应用领域愈加广泛。
无人机机库目前在国内外还未普遍的深入研究，大多数人认为无人机所占空间太小，随便停放在某个位置即可，这样省事又节约，当然这种想法太过随意与肤浅。从长远角度来看，专业化的机库为无人机的保护与无人机自身数据的采集还是有很大的帮助的，增加了现代四旋翼无人机的专业化。国内外的无人机机库主要也是在军事领域研究的相对较多，而在民事领域中基本上没有提上研究的日程。
大量的四旋翼无人机投入使用，生活中无人化，自动化的无人机停放成了一个问题。无人机的停放地点成为现阶段无人机相关研究的重要项目。四旋翼无人机的安全检测、无人机的保养、无人机的故障维修等问题引起了关注，因此，关于四旋翼机库的构想及设计，可以在一定程度上改善此问题。
1.2发展趋势
无人机机库的结构种类繁多，质量要求很高。鉴于机库的重要性及结构的特殊性，机库的结构选型就成为结构设计中要解决的重要内容。由于机库基建投资很高，因此无人机发展趋势要求机库具有使用上的较大机动灵活性，以免因无人机不断改型而废弃，造成重大损失。并且还要求无人机机库能够根据情况自动闭合，具有防止暴力拆卸的功能。机库结构型式要能够与时俱进，结构型式要优先于空间结构型式的发展。要充分发挥建筑物美观的选型原则并且要体现出现代化机库设计的经济性。机库设计的同时不仅要考虑眼前的利益而且还要把未来的发展考虑在内。
参考大型机库的，四旋翼无人机机库的设计应该具有高质量，可以进行无人机的维修、保养、更换零部件，日常养护等一切维修服务。机库设计的所有维修和机库应考虑周围的气候环境的条件，在任何环境下都要保证无人机的安全运行；机库设计要保证不危害人体健康；机库的基本结构设计中选择的材料要符合国际标准，要隔离外界，要测算好冷热温度、风速、温度、雨雪等气候因素；机库选择的材料要隔离能力好，耐火耐热的材料。
多技术结合也是接下来的发展方向，未来的四旋翼无人机的发展要求障碍回避的功能更加强大。这样就要求无人机机库定位精度高、可靠性高、抗干扰性能高等特点。因此，接下来机库要求GPS定位加上多传感器结合。
1.3 研究意义
四旋翼无人机机库没有投入使用的时候，四旋翼无人机停放过于随意，导致无人机出现一些完全可以避免的损坏，如机身出现磨损。一个合理的无人机机库，让无人机的停放规律化，给无人机的保养、维修及安全检测提供便利的场所。无人机机库的出现使无人机的寿命得到延长，定期的系统检查使得无人机的安全性能得到保障。机库可以定期给四旋翼无人机保养，使得其零部件得到寿命的延长和无人机在工作的过程中降低故障发生的概率。着重对无人机故障前对四旋翼无人机进行排查，这样机库将会提供绝佳的帮助。这样可以减少不必要的损失，同样对四旋翼无人机未来的发展有着重大的意义。
2 设计方法和工作原理
2.1设计方法
本次无人机机库设计主要用单片机为控制器，机库系统由机库终端和GPS定位系统两部分构成。GPS定位系统部分，通过对四旋翼无人机位置的实时反馈，将采集的数据信息通过无线模块发送至机库终端无线模块接收，并对比预设的参数阀值进行位置判断，符合阀值则是机库动作，可以在终端查看具体数据信息。系统能实时监控四旋翼无人机位置参数，并在遇到暴力拆卸是进行声光报警。
GPS定位四旋翼无人机时存在客观的影响定位精确度的因素，这是每个用户都存在的问题。但是我们在制造机库的时候可以考虑周围环境因素带来的影响。如若GPS定位不准确可能导致无人机无法准确停放在机库。
然后，此次无人机机库的制造采用的是keil软件进行操作设计的。它的集成环境是非常方便的，并且它的仿真调试也是出类拔萃的。
2.2四旋翼无人机入库的工作原理
GPS给四旋翼无人机进行精确的定位，然后通过nrf2401这个单片射频收发芯片和无人机机库进行通信，接着用超声波测出无人机所在的距离机库的高度，当四旋翼无人机到达机库上方的某一指定高度时，步进电机通过正转将无人机的库门打开。接着用激光对管检测无人机是否进入无人机机库中，当无人机完全进入机库中时，步进电机通过反转，将无人机的库门闭合。最后，经纬度，高度在有机发光二极管OLED上显示。
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