[创意DIY]

IntoRobot远程自动导航无人船的设计

2016-11-7 21:38:34 9099

0 远程自动导航无人船的设计一、无人船平台的搭建由于现在对水域环保的重视以及对渔业的科学养殖，能够有效的检测水的质量就是一件非常有必要的事情。目前，对于水中垃圾的打捞、采集水样和测水温等工作基本都是采用人力来解决，这样就消耗的大量的人力和物力，而且效率很低。基于以上的需求，我们急需开发一套无人船设备，能够有效的帮助解决这些问题。为了解决以上的问题，我们需要无人船具有自主导航和手动控制两种控制方式。手动控制模式下，可以设置无人船的速度、方向等。自主导航模式下可以通过在地图上点击一个目标点，让船自动的移动到目标点。另外，我们需要给无人船设置回航点，让无人船能够最终返回到回航点。从无人船的地面站上，我们可以实时的查看到船的运动信息。基于以上的需求我们采用了以下器材来搭建船的硬件平台。首先我们采用了一个1050mm×280mm×250mm船模，采用两个直流电机，通过差速的方式来控制船的方向，改变PWM的值即可改变船的速度。但是由于在水里的船并没有在陆地上的车那么简单，受到波浪或者加速度改变的时候，船的姿态将会发生改变。所以我们利用惯性导航模块(MPU6050+HMC5883)和GPS模块，采用互补滤波和卡尔曼滤波来获得船的状态信息，然后将船的状态信息返回到地面站。采用qt开发了地面站程序，使船能够和上位机实时的进行数据交互。另外，调用百度地图API，能够实时的看到船的位置，并且设施目标点，让船自动移动到目标位置。电源模块包括12V锂电池、稳压模块1(输出7.2V，为电机供能)、稳压模块2(输出5V，为惯导模块、GPS模块等供能)。为了能够提高船的使用半径，我们采用了数传模块来让船和地面站进行信息交互，传输距离大约2000米。利用IntoRobot开发板的在线编程功能，可以很方便的编写下位机程序，另外IntoRobot开发板的资源比较丰富，极大的缩短了我们的开发周期。二、无人船的制作搭建好了无人船的硬件平台之后，整个无人船的软件开发分两大部分，首先就是下位机部分的程序设计，最后就是上位机的程序设计。由于我们船的核心控制板采用的是IntoRobot的开发板，利用在线编译的功能来开发下位机程序。首先将GPS模块和数传模块分别和IntoRobot板子的串口连接，编写程序先接收到GPS数据和串口的数据。然后将GPS数据中有用的部分提取出来，这里我们提取的是GPRMC的这组数据。提取其中的经纬度信息、速度信息和方向信息等，然后发送给上位机。利用IIC将MPU6050模块和HMC5883模块连接到控制板上，得到相应的加速度信息、角速度信息和磁场信息，然后发送到上位机上。最后在上位机上，利用互补滤波和卡尔曼滤波获取船的姿态信息和运动状态信息，将PWM值发送给无人船。采用QT开发了船的上位机软件。主要包括了通信模块、运动模式模块、运动信息模块、运动控制模块和系统控制部分。具体见图1。在地图上我们可以看到船的当前位置信息，通过点击地图上的位置，即可设置船的目标位置。通过船当前的状态信息、目标位置信息以及船的上一时刻的位置信息，我们就可以利用三点法，通过调节PID控制参数来控制船移动到目标位置。点击设置回航点的时候，船会将当前的经纬度发送到地面站，这时船可以随意运动，在运动完之后，如果想让船回到之前设置的回航点，点击返回回航点按钮即可。在手动控制模式下，我们可以点击相应的按钮，控制船的运动方向。另外可以输入目标速度，然后点击相应的按钮，即可设置船的运行速度。三、无人船的使用说明地面站给出了绝大部分的提示，使用的时候根据提示进行操作。首先，给船上电，船有两个上电开关，一个在电池上，另一个在船上，在使用电池（充电和放电）的时候需要打开电池上的开关。然后按下船上左后方的开关给船整体供电。之后我们就可以用上位机进行操作了。无人船的地面站如下图：图1 无人船地面站主界面从上图可以看到，无人船地面站主要包括以上六部分，1是通信部分，2是无人船控制方式部分，3是无人船和地面站通信情况，4是无人船运行状态部分，5是无人船对无人船运动控制部分，6是地面站的控制。首先安装驱动，插入上位机的通信模块，然后选择对应的端口，然后打开串口，这样无人船和地面站就可以通信了，接着我们选择控制模式(远程控制)，然后开启系统，这样我们就可以在4部分看到船当前的经纬度，电机地图按钮，就可以看到船在地图上的位置标记，然后可以点击左转、右转、直线前进、停止和发送速度按钮来相应的调节船的运动。无人船的地面站地图部分如下图所示：图2 无人船地面站地图界面然后我们点击自动导航，再在地图上任意点击一点，电机发送目标地点，无人船即进入自动导航运动，在这个过程中，点击获取距离，可以看到无人船距离目标点的距离信息。当无人船运动到某一个位置，你想设置这个位置为无人船的返航点，你可以点击设置回航点按钮，然后随意控制无人船运动，或者是自动导航运动，当你想让无人船返航刚设置的回航点的时候，你先选择自动导航模式，然后点击返回启航点按钮即可。编写地面站软件的时候，我们已经尽可能的考虑各种因素和逻辑，按照软件的提示操作即可，如果有什么问题可以随时与我们联系。注意事项： 1. 无人船的地图是在线加载的，所以如果想要使用无人船的地图信息，需要电脑连接互联网。由于网络等问题，有时候地图加载不出来，关闭重新加载即可。 2. 在一些特殊情况下，无线信号通信不畅，控制信息可能不能被接收到，这时候再发送一次即可。四、展望使用数传模块虽然让无人船获得了比较大的涌动范围，但是，距离还是有限。基于以上问题，我们接下来拟采用以下的方式。由于无人船的主控制板可以采用云控制的方式。所以只要在无人船上放一个4G模块，建立wifi热点。让IntoRobot板子连接到相应的wifi热点上。这样就可以采用云平台实现无距离限制的控制无人船。欢迎大家提出建议呦~ 转载自：http://bbs.intorobot.com/thread-967-1-1.html 7
2016-11-7 21:38:34　　评论淘帖0 举报相关推荐 • [IntoRobot项目] IntoRobot无人船 3945 • 转：] IntoRobot网络控制无人船 2766 • 怎么实现无人船的电机驱动？ 2842 • mems组合导航在无人船、无人机领域方面的应用介绍 782 • 智能船视觉感知系统无人船应用 3837 • 【IntoRobot Neutron试用体验】IntoRobot Neutron远程控制 1726 • 无人驾驶导航平台 9072 • 无人船到来，数据的海洋 1311 • STM32之继电器驱动无人船电机资料分享 1438 • 用于自动驾驶船的MCU 1370 3 个讨论