發(fā)布時間：2017-10-09 16:17

  本文關(guān)鍵詞：基于Arduino與Labview的無人飛行器航拍云臺系統(tǒng)的設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 無人飛行器 航拍云臺 姿態(tài)解算 濾波算法 工作方式

【摘要】：無人機是通過機載計算機程控或者地面站系統(tǒng)遠程通信控制的不載人飛行器。使用無人機進行航空拍攝具有起飛降落場地限制小、遙感平臺易于轉(zhuǎn)場、拍攝影像清晰等突出優(yōu)勢,因此在國家生態(tài)環(huán)境保護、礦產(chǎn)資源勘探、海洋環(huán)境檢測、農(nóng)作物長勢檢測與估產(chǎn)、城市規(guī)劃、國防事業(yè)、影視制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在實現(xiàn)上述功能的過程中,航拍云臺作為無人機航拍系統(tǒng)重要組成部分,其靈活性和智能性必然會影響整個系統(tǒng)的實現(xiàn)效果。通過調(diào)整航拍云臺姿態(tài),可以擴大航空拍攝景物的范圍,航拍云臺的穩(wěn)定性和精準性將會影響所拍攝畫面的質(zhì)量。本設(shè)計創(chuàng)新思路將整個航空拍攝過程由飛行器控制人員和航拍云臺控制人員協(xié)作完成,既能保證飛行器拍攝過程的安全性,又能使拍攝畫面更加細致、拍攝更加靈活。本文的主要研究內(nèi)容與成果如下:(1)分析了云臺系統(tǒng)所涉及的相關(guān)技術(shù)。包括:脈沖寬度調(diào)制技術(shù)、舵機構(gòu)成與驅(qū)動原理、卡爾曼濾波與互補濾波原理、陀螺儀與加速度計原理、四元數(shù)、SSL安全證書等技術(shù)。(2)介紹航拍云臺系統(tǒng)的模塊組成。首先介紹了整個航拍系統(tǒng)的工作原理,然后對各模塊進行選型。其中主控模塊采用的是開源的開發(fā)板Arduino UNO R3,姿態(tài)測量模塊為9軸運動處理傳感器-MPU6050,云臺架構(gòu)為三軸,還有云臺驅(qū)動模塊以及圖像采集模塊。(3)云臺系統(tǒng)的硬件程序設(shè)計。首先對MPU6050數(shù)據(jù)進行采集,通過四元數(shù)與歐拉角的轉(zhuǎn)換關(guān)系,對云臺姿態(tài)信息進行解算;然后分別加入卡爾曼濾波和互補濾波算法進行比較,選取其中效果最好的算法作為最終方案;最后根據(jù)地面站控制指令選擇控制模式,并結(jié)合云臺姿態(tài)數(shù)據(jù)對舵機模塊進行驅(qū)動。(4)地面站監(jiān)視與控制系統(tǒng)的設(shè)計。軟件開發(fā)環(huán)境采用的是LabVIEW2014,設(shè)計板塊主要有:航拍視頻采集與存儲模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、云臺姿態(tài)顯示和Web發(fā)布模塊等。本文所設(shè)計的航拍云臺系統(tǒng),實現(xiàn)了航拍云臺的多種工作方式:云臺跟隨模式、平衡保持模式、主動控制模式,增強了航拍云臺拍攝景物時的靈活性;而地面站上位機程序的設(shè)計,可以將云臺姿態(tài)數(shù)據(jù)和航拍視頻進行遠程采集與顯示,提高了信息的時效性。
【關(guān)鍵詞】：無人飛行器 航拍云臺 姿態(tài)解算 濾波算法 工作方式
【學(xué)位授予單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 航拍飛行器研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容12-14
• 第2章 云臺系統(tǒng)涉及的相關(guān)技術(shù)14-21
• 2.1 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)14
• 2.2 舵機構(gòu)成與驅(qū)動原理14-15
• 2.3 卡爾曼濾波器原理15-16
• 2.4 互補濾波器原理16-17
• 2.5 陀螺儀與加速度計原理17-18
• 2.6 四元數(shù)微分方程式18-19
• 2.7 SSL安全證書19-21
• 第3章 云臺系統(tǒng)的工作原理及硬件選型21-26
• 3.1 航拍系統(tǒng)的整體工作原理21-22
• 3.2 云臺控制器Arduino UNO R322
• 3.3 云臺驅(qū)動模塊22-23
• 3.4 MPU6050模塊23-24
• 3.5 航拍攝像模塊24
• 3.6 地面接收站24-25
• 3.7 本章小結(jié)25-26
• 第4章 航拍云臺系統(tǒng)的設(shè)計26-43
• 4.1 硬件設(shè)計部分26-27
• 4.1.1 Arduino與舵機的硬件連接26
• 4.1.2 Arduino與MPU6050的連接26-27
• 4.2 軟件設(shè)計部分27-41
• 4.2.1 Arduino IDE簡介27-28
• 4.2.2 MPU6050姿態(tài)解算以及算法實現(xiàn)28-31
• 4.2.3 卡爾曼濾波算法31-34
• 4.2.4 互補濾波算法34-36
• 4.2.5 Servo驅(qū)動函數(shù)介紹及初始化36-37
• 4.2.6 云臺控制系統(tǒng)總體程序設(shè)計37-41
• 4.3 本章小結(jié)41-43
• 第5章 地面站監(jiān)視與控制系統(tǒng)的設(shè)計43-54
• 5.1 LabVIEW簡介與應(yīng)用43
• 5.2 航拍視頻采集與存儲43-47
• 5.2.1 LabVIEW視頻采集模塊介紹43-45
• 5.2.2 LabVIEW視頻采集與存儲程序設(shè)計45-47
• 5.3 云臺姿態(tài)數(shù)據(jù)采集、顯示、發(fā)布47-53
• 5.3.1 LabVIEW云臺姿態(tài)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計47-48
• 5.3.2 3D姿態(tài)監(jiān)視與控制界面的設(shè)計48-50
• 5.3.3 云臺姿態(tài)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布50-52
• 5.3.4 LabVIEW Web服務(wù)器安全機制52-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 第6章 系統(tǒng)測試與分析54-61
• 6.1 系統(tǒng)測試54-60
• 6.1.1 Kalman濾波與互補濾波測試54-57
• 6.1.2 云臺主動控制模式測試57-58
• 6.1.3 Web發(fā)布功能測試58-60
• 6.2 本章小結(jié)60-61
• 第7章 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻63-65
• 致謝65

【相似文獻】

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9 經(jīng)報記者 彭波;云臺再“連線”[N];云南經(jīng)濟日報;2013年

10 記者 朱丹 黃U喆，

本文編號：1001186