多旋翼飞行器毕业设计开题报告汇编.docx

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1、淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 专业：设计(论文)题目：指 导 教 师:卢应虎学 号： 1131202316电气工程及其自动化基于多旋翼自主飞行器的农药喷洒硬件子系统唐中一2023年 2月 21日毕 业 设 计论 文开 题 报 告1. 结合毕业设计论文课题状况，依据所查阅的文献资料，每人撰写2023 字左右的文献综述文 献 综 述1.1 引言随着现代航空航天事业的快速进展，无人驾驶飞行器也在现代高技术前提下快速进展，自上世纪八十年月初，以色列领先将无人驾驶飞机应用于战场，直接对作战行动供给支援并且效果显著，这对无人机之后的进展和应用起到极大的助推作用12。小型多旋翼

2、无人飞机是指具有多于两个旋翼的飞行器，与固定翼飞机相比，多旋翼飞机还具有垂直起降，空中悬停等优点；而与常规单旋翼直升机相比，小型多旋翼飞机在构造上也具有诸多优势。第一，使用多个旋翼可以使每个旋翼具有较小的直径，能有效减小了与外界物体碰撞的几率。对于小型多旋翼飞机而言，这种构造极大提升了其机动敏捷性， 以较小的损坏风险胜任更具挑战性的任务环境；其次，小型多旋翼飞机不需要通过机械连接转变桨距来产生推力和扭矩的变化，简化了机械设计和维护的本钱 35。小型多旋翼无人机应用范围格外广泛。在农业领域，国内无人机规模化民用开头起步。这两年我国无人机民用市场快速壮大，餐饮行业、物流快递、保险查勘等应用尝试纷纷

3、消灭，电力巡检和农业植保尤其成为市场进展的热点，此外无人机用于草原放牧治理也开头尝试。国内各级政府部门均鼓舞和进展农业植保无人机，进展无人机防治病虫害。在高污 染、高危急区域，各种有人设备无法进入，小型多旋翼在此类环境下能发挥不行替代的 作用。通过配备传感器，微型多旋翼可以深入危急区的中心，通过传感器采集回传核辐 射程度、生物化学等有毒物质的浓度。同时，小型多旋翼还能通过有规律的飞行和传感 器数据，能够推断出危急区域的位置坐标，集中或移动状况。在工业领域方面，电力巡 检是目前国内主要的多旋翼无人机民用领域。随着国家输电网络的渐渐完善，电力线故 障巡查也是一项日趋繁重的任务，减小人工劳动强度，使

4、用携带探测器或者相关设备的 多旋翼飞行器取而代之，可以提高效率，更保障了人员的安全。目前，我国已选取山西、湖北多地为试点。试点单位外的内蒙古、黑龙江、云南等省份及公司也已初步 尝试利用无人机开展电力巡检工作。毕 业 设 计论 文开 题 报 告本文的主要争论了无人机及其掌握系统设计技术的进呈现状和背景，明确说明白争论目的与意义。提出了无人机飞行掌握系统的设计任务，确定了掌握系统的设计流程和设计方法。论文首先阐述了四旋翼飞行器的根本飞行原理，给出了整体设计框架。阐述了 GPS 模块、陀螺仪、加速度计、磁强计、高度计、空速计等测量传感器的工作原理并完成了主要电路元器件的选型工作。然后依据系统构造特点

5、与硬件合作共同设计完成整个系统的组成，设计飞行掌握模块，无刷直流电机的驱动模块，选取了无线通讯模块，并对各模块进展整合，完成了系统硬件设计。然后编写相关软件程序与算法，实现飞机的平稳飞行、降落及农药喷洒工作。其中主要实现多旋翼自主飞行器在指定地点开启动力，一键式启动，飞行器平稳起飞；飞向需要喷洒农药的目的地，在目的地中心肯定范围内进展农药喷洒；在完成农药喷洒任务后返回原先指定的起飞点平稳降落。最终， 完成了飞行掌握系统的硬件设计工作。1.2 多旋翼飞行器的争论背景早在 1907 年的时候，法国 CharlesRichet 教授指导的 Breguest 兄弟制造出了第一架多旋翼飞行器，并且命名为

6、 Gyroplane No.16。其外形已经具有多旋翼的根本特征，四个长为 8.1 米的旋翼分布在十字架的四个端点上，一对旋翼顺时针旋转， 一对旋翼逆时针旋转。由于输入的掌握量只有油门，所以不能实现多旋翼的稳定飞行， 1921 年，美国空军军团 US Army Air Corps与 George de Bothezat 签订合约资助其建筑多旋翼飞行器。不同的是，该多旋翼的四个桨是由一个发动机带动的。但其飞行掌握仍存在问题，无法实现稳定飞行，在其花费了 20 万美金，进展了 100 屡次试验之后，仍旧达不到军方的要求，最终军方失去了兴趣，停顿了这项争论工作。1956 年的时候，Convertaw

7、ings 制造了 ConvertawingsModelA 多旋翼飞行器，它由两个发动机来供给驱动实现飞行掌握。旋翼直径到达了 19 寸，经试验飞行器的飞行性能良好，到达了设计要求，但是设计人员和工程师失去了对多旋翼的兴趣，最终放弃了研制7 。1.3 争论的目的和意义多旋翼飞行器之所以受到广泛关注，首先是由于它迷人的多种特别用途。毕 业 设 计论 文开 题 报 告（1） 将会成为空中立体化、层次化信息网的最低层的手段: 多旋翼飞行器可以用于低空低速飞行，飞行高度可以从十几米到几百米。可以作为空天一体化的最终一层，由单兵携带，在接近敌人的前沿阵地进展悄无声息，高隐蔽性的近距离侦察和监视，能够侦察到

8、卫星、侦察机等不简洁觉察的目标。在反恐任务中，可以接近恐惧分子，对其进展监视甚至攻击，有效削减人质的伤亡。（2） 用于低空和简单地形条件下作战侦察: 可以利用多旋翼飞行器的机动敏捷性， 隐蔽性，在城市巷战和山地、丛林等简单环境条件下对敌人进展空中隐蔽性打击。同时可以用来对生化特别环境的空中物质进展采集。（3） 多旋翼飞行器的民用前景： 多旋翼飞行器在突发大事处理，对高速大路、灾情实时了解，森林防火，有毒气体和烟雾的采集等，以及在机场四周驱除飞鸟，保障飞机的起落安全都有广泛的应用。同时还可以进展航拍作业，农业喷药等各种用途。1.4 农用飞行器优势无人机(unmannedaerialvehiele

9、,uVA)是一种机上无人驾驶的航空器,其具有动力装置和导航模块,在肯定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主掌握飞行 8。20 世纪初,无人机最先消灭在美国,并被运用在军事上,经过近百年的进展,无人机技术越来越成熟,并且被广泛运用在各个领域,尤其是农业方面越来越多的消灭无人机的踪影。农用无人机按构造可以分为固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机。按动力分,分为电动、油动混合动力无人机。随着科学技术的进展,劳动本钱的提高,无人机越来越多的被用在农药喷洒、浇灌作业、森林灭火、电力寻线、水质监测等农业方面。我国是一个农业大国，进展安全、节约、高效的精准农业是农业现代化的重要标志,也是我国农业进展

10、的一个目标。无人机在精准农业进展中具有格外重要的应用价值,因此也成为当前我国现代化农业进展中的迫切需求9。与固定翼、无人直升机相比,多旋翼农用无人机在喷洒农药,液体肥料等方面有更大优势。其优点主要表现在以下几点：毕 业 设 计论 文开 题 报 告（1） 高效安全：与纯手工相比,无人机喷洒效率提升近 30 倍,无人机洒药平均每667m2 只需 2 min,每天可喷洒 20 hm2 10,而人工每人每天仅能完成位 0.67 hm2 11。人工打药劳动强度大、效率低、天热还简洁中毒,无人机作业使人无需与药物直接接触,能够有效解决安全问题。（2） 雾化效果好： 无人机飞行高度低、旋翼向下的巨大旋力推动

11、农药雾流对作物从上到下穿透、漂移少、雾化效果较好。与地面常规大容量喷雾相比,无人机低量喷雾的药剂稀释倍数削减了40 倍,也即雾滴中的药剂浓度提高了40 倍12,药物用量大大削减了,而雾化效果大大提高了。（3） 操作简洁敏捷 多旋翼的最大特点是,操作简洁,易上手。多旋翼无人机的飞机构造格外对称,飞机的重心在机身的几何中心点,再加之,其有智能化飞行系统,所以飞机在空中姿势特别平稳。多旋翼无人机由于能够垂直起降、自由悬停,可适应于各种速度及各种飞行剖面航路的飞行状况13,具有很好的敏捷性。1.5 多旋翼飞行器争论现状及前景目前国际上关于多旋翼的前沿争论方向主要集中于自主飞行和协同飞行。主要的争论方向

12、有基于惯导的自主飞行掌握的 HMX4、GTMARS 自主飞行器系统方案、基于视觉的自主飞行掌握系统 OS4，分别由宾夕法尼亚大学、佐治亚理工大学和瑞士洛桑联邦科技学院争论开发。HMX4 是宾夕法尼亚大学研发的以基于视觉的自主悬停掌握而著名世界的无人机。宾夕法尼亚大学的争论人员把五个彩色标记放置在多旋翼下方，多旋翼的姿势角和方位坐标通过地面摄像头跟踪测量旋翼下的标记的位置和面积获得14。目前，HMX4 已经使用 Backstepping 算法实现了基于视觉导航的自主悬停掌握。随后宾夕法尼亚大学的争论人员开发了一套双摄像头的视觉定位与定姿系统，分别在地面和旋翼机上安装两个摄像头，从而提升测量的精度

13、。随着对于多旋翼飞行器相关技术的进一步争论，其技术会逐步走向成熟。飞控、导航装置、任务规划、通信等子系统将逐步完善，同时具备自主起降和抗干扰稳定飞行的特点，最终的目的是弥补目前国际范围内侦查手段的缺乏。在将来战斗中，微小型多旋翼飞行器的任务之一是对目标进展干扰并最终对其攻击，编队协调飞行更是完成任务毕 业 设 计论 文开 题 报 告和突防的重要手段。今后数十年，随着航空理论及技术的进展，多旋翼飞行器必定会取得重大进展。它将会成为一个集成多种系统的高级简单系统，并且同时具备隐身和信息传输的力量15。1.6 完毕语随着关键技术的进展，以及在军事和民用的应用前景，多旋翼飞行器会逐步向高效、多功能方向

14、进展。同时鉴于我国大量农业劳动力向其次、第三产业转移，为满足我国农业生产进展和环境保护的需要，利用飞行器植保的进展前景宽阔，市场潜力巨大。参考文献1Paul G.Fahlstrom, Thomas J.Gleason. 无人机系统导论M北京:电子工业出版社，2023.2王树源. 国外军用无人机进呈现状趋势J. 谷,2023,(18):5-7.3 张爱华,秦武. 以色列军用小型无人机进展概览J. 飞航，2023，024 殷强. 四旋翼无人机自主掌握系统争论D.天津大学,2023.5 Nonami K,Kendoul F,Suzuki S. Autonomous Flying Robots: Un

15、manned Aerial Vehicles and Micro Aerial VehiclesM.Springer Publishing Company,Incorporated,2023.6 Leishman J G. The breguet-richet quad-rotor helicopter of 1907J. Vertiflite, 2023, 47(3):1-4.7 齐书浩. 微型四旋翼飞行器总体设计及其运动掌握D.上海交通大学学位论文，2023:2-3.8Adem C,Vincent G,Everett A.Unmanned Air 一 craft System In Rem

16、ote Sensing and Scientific Research:Classification and Considerations of UsersJ. Romoetsenslng 2023(4):16711692.9 檀律科,何志文,薛宇等.美国农用无人机的进展逆境及启发 J浙江农业科学2023(11):1660 一 1664.10 阮晓东.农用无人机现代农业的助航者J,经济导刊 2023(4):66 一 70.毕 业 设 计论 文开 题 报 告11 岳基隆张庆杰朱华勇.微小型四旋翼无人机争论进展及关键技术浅析J.电光与掌握 2023(10):47 一 51.12 高圆圆.无人直升机

17、(UAV)低空低容量喷洒农药雾滴在禾本科作物冠层的沉积分布及防治效果争论D.东北农业大学 2023:1 一 5.13 招慧玲周美娟,胡远忠.电容式液位传感器的设计J.传感器技术。14 Jones L. Coordination and control for multi-quadrotor UAY missionsR. NAVAL POSTGRADUATE SCHOOL MONTEREY CA,2023.15 郑伟光. 四旋翼无人机飞行姿势掌握系统争论D.长春理工大学,2023.毕 业 设 计论 文开 题 报 告2. 本课题要争论或解决的问题和拟承受的争论手段途径2.1 课题的任务要求：要求与

18、硬件合作共同设计完成整个系统的组成，能够实现如下功能：(1)多旋翼自主飞行器下简称飞行器摆放在 A 点，开启动力，一键式启动，飞行器平稳起飞；（2） 飞向 B 点，在以 B 点中心肯定范围内进展农药喷洒；（3） 完成农药喷洒任务，返回A 点，平稳降落；完成系统软件设计包含对应上面三个功能的子程序，最终完成与硬件的联合调试依据淮阴工学院毕业设计论文标准完成论文撰写。2.2 系统硬件总体框架图：喷洒装置继电器压力变送器磁力计气压计MPXA6115A加速度器MMA7260QADXRS610 单轴陀螺仪GPS主控芯片TMS320F2812通讯nRF2401电地面站源电调电机毕 业 设 计论 文开 题

19、报 告2.3 总体方案描述总体设计框图如上图所示，共为六个模块，分别为飞行掌握模块、电机驱动模块、无线通讯模块、导航模块、电源模块以及农药喷洒模块。外形构造由固定的刚性十字穿插骨架和四个分别固定在展臂末端的电机构成，各模块均放置在飞行器十字型骨架中心。整个掌握系统实行了模块化设计方法，便利安装与拆卸，便于系统改进与升级。其中，飞行掌握模块包括磁力计、气压计、加速度计和陀螺仪。该飞行掌握模块是以 TMS320F2812 为掌握系统的处理器，主要负责四个电机的掌握，选用 ADXRS610 单轴陀螺仪，承受 MMA7260Q 加速度计和 MPXA6115A 的气压传感器。电机驱动模块主控芯片是 AT

20、MEL 公司的 MEGA48 单片机，而电机承受的 A2212:12槽 14 级外转子无感无刷直流外转子电机。电源模块负责为整个系统供给持续稳定电流，电源模块承受的主要由 2200mAh，25C航模电池来进展供电，电压输出约 11-13V，最大持续放电电流 55A。导航模块以 G13MCU 核心，由陀螺仪、声波测距等构成，工作中该模块收集的数据经过瑞萨芯片处理后输出，发送给飞行掌握芯片调整飞行姿势。无线通讯模块以 nRF2401 单片机为核心，进展地面与飞行器的掌握。关于农药喷洒模块，承受压力传感器来检测农药的水位，并选用电磁继电器用于实现掌握农药喷洒的关断功能。毕 业 设 计论 文开 题 报

21、 告2.4 争论进度安排起讫日期2 月 142 月 25 日2 月 26 日3 月 3 日3 月 4 日4 月 12 日4 月 13 日4 月 14 日4 月 15 日4 月 25 日4 月 26 日5 月 10 日5 月 11 日5 月 20 日5 月 21 日5 月 26 日5 月 27 日5 月 286 月 4 日6 月 5 日6 月 7 日工作内容收集与课题相关资料，生疏设计流程，完成开题报告外文资料翻译完成硬件框图和硬件电路设计毕业中期辩论完成电机驱动模块和电源模块的设计完成导航模块和通讯模块的设计完成飞行模块和农药喷洒模块的设计实现软硬件联调、撰写毕业说明书 打印论文预备毕业设计论文辩论 PPT毕业辩论