无人水面机器人数传系统设计与实现

论文总字数：29771字

摘 要

随着无人水面机器人在军用、民用领域得到越来越广泛的应用，对无人水面机器人的数据传输系统也提出了越来越高的要求，设计传输距离远、效率高、成本低的数据传输系统具有重要意义。

本文在深入分析了国内外发展历程和研究现状的基础上，设计了一个基于C8051F340单片机的无人水面机器人数据传输系统。本系统实现与无人水面机器人主控模块的数据传输，通过遥控功能实现对无人水面机器人推进器的启动、停止和转速的控制，以及通过键盘来设定无人水面机器人运动的目标位置。同时通过计算机上位机界面接收并读取数据。

本文从硬件系统设计、软件系统设计和系统测试分析等方面具体说明了该无人水面机器人数据传输系统的实现过程及最终实现效果。最后，本文总结了整个课题的完成情况，提出了几点可以改进的地方。

关键词：无人水面机器人 无线数据传输系统 单片机

Design and Realization of USV Data Transmission System

Abstract

As the unmanned surface vehicle is getting more and more widely used in the field of military and civilian, the data transmission system of unmanned surface vehicle is also put higher request on. So the design of a data transmission system which is long-distance, transmission distance, efficient and low-cost is of great significance.

Based on the in-depth analysis of the development and research status at home and abroad, a data transmission system of the unmanned surface vehicle based on C8051F340 MCU is designed in this paper. This system realizes the data transmission with the main system control module of the unmanned surface vehicle. The remote function could control the start, stop and speed of the thrusters on the unmanned surface vehicle and the target location can also be settled by keyboard. At the same time, the data can be read through the computer interface.

This paper covers several aspects, such as hardware constitution, software constitution, analysis of system reliability and test results, then specifies the realization process of the data transmission system and the achievement. Finally, this paper summed up the whole project, and puts forward several points that can be improved.

Keywords: USV, Wireless Data Transmission System, Microcomputer

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的主要内容及章节安排 3

第二章 硬件系统设计 5

2.1 硬件系统电路整体设计 5

2.2 微控制器模块 5

2.3 摇杆模块 7

2.4 键盘模块 8

2.5 TF卡模块 8

2.6 LCD12864显示模块 9

2.7 YL-100IL无线通信模块 12

2.8 电源模块 14

第三章 软件系统设计 17

3.1 软件系统整体设计 17

3.2 LCD12864显示模块程序 18

3.3 键盘程序 21

3.4 ADC转换程序 25

3.5 串口通信程序 30

3.6 上位机介绍 34

第四章 系统测试分析 37

4.1 系统整体测试 37

4.2 LCD模块、摇杆模块及键盘模块测试 37

4.3 数据传输测试 38

第五章 结论 43

5.1 课题总结 43

5.2 工作展望 43

致谢 45

参考文献 47

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

无人水面机器人（Unmanned Surface Vehicle，USV）是指能够进行无人水面巡航的航行器^[1]。与有人驾驶的水面机器人相似的是，USV是一个具有机动能力、具有半自主/自主完成作业使命的开放式平台系统^[2]。所谓开放式平台系统，就是说各种传感器、侦察设备以及测量等任务载荷可快速加载到平台上，从而可以在USV上完成多种任务，能够完成怎样的任务取决于在USV上搭载怎样的传感器、 侦察设备。与有人驾驶的水面机器人不同的是，USV无人驾驶，不需要担心驾驶人员的安全问题，因而可以深入到一些危险的环境，完成很多相对危险的任务。USV起源于战争，因而现在USV仍然较多服务于海军与国家安全部门，可用于反潜、反水雷、水面反舰、特种部队渗透等作战任务，在海上任务中起到越来越重要的作用。除军用外，现在USV也越来越多用于完成民用任务，例如在USV上搭载相应的传感器，就可以将USV用于执行海洋监测任务，包括污染物追踪和环境水文测量等，通过分析污染物浓度从而寻找到污染源，进而通过数据分析制定解决深海污染问题的方案^[3]。而且USV的工作环境几乎不受限制，可以工作在河流、水库、内陆航道和沿海水域，甚至浅水区。甚至，当一些科学研究需要在某些海域、水域的水面上进行的时候，USV可以作为这些科学研究的平台，在USV上搭载相应的设备，实现环境数据采集、传感器和仪表测试、控制系统工程等^[4]。

由于USV具有航行距离远、时间长、数据存储量大等特点，无论是军用还是民用，都需要设计实时稳定的无线数据传输系统，一方面保障USV远距离、长时间航行的数据——包括实时位置信息、测量监测结果、科学实验结果等数据及时存储和稳定传输，另一方面，在数据存储和传输的相反方向上，数据传输系统还应该兼 顾USV的遥控功能，从而实现对USV的航行位置的实时远程控制。而本文设计了一个基于C8051F340单片机的无人水面机器人数据传输系统，实现主控模块与无人水面机器人之间的数据传输和存储，同时实现了对USV的远程遥控功能。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：29771字