无线控制演示系统

毕业设计（论文）开题报告（含文献综述、外文翻译）

题目无线控制演示系统

姓名姚鸿迪

学号30702244

专业班级自动化0703

所在学院信息与电气工程学院

指导教师（职称）刘泓（讲师）

二○一○年十一月十日

毕业设计（论文）

开题报告

（包括选题的意义、可行性分析、研究的内容、研究方法、拟解决的关键问题、预期结果、研究进度计划等）

1. 选题的背景和意义

1.1 选题的背景

近年以来，通信技术快速发展，短距离无线通信技术已经成为通信技术中的一大热点。各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化等迫切需要一种具备低成本、低距离、低功耗和组网能力强等优点的无线互连标准。

其中随着各种便携式个人通信设备与家用电器设备的增加，人们享受蜂窝移动通信系统带来的便利的同时，对短距离的无线与移动通信又提出了新的需求，使得短距离无线通信异军突起，包括无线局域网(WLAN)、蓝牙(Blue．Tooth)技术、无线保真(WiFi)、超宽带(UwB)以及ZigBee技术等各种热点技术相继出现，均展现出各自巨大的应用潜力。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动着低速率无线个人区域网络LR．WPAN(Low—RateWireless Personal Area Network)的发展，可以广泛应用于工业控制、家庭自动化、医疗护理、智能农业、消费类电子和远程控制等领域，将拥有广阔的应用前景。预计随着ZigBee技术以及相关技术的发展，低速率应用将日益广泛，在我们的生活中扮演越来越重要的角色[1]。

ZigBee的提出弥补了短距离无线通信技术应用研究的空白，现在该技术已经成为研究的新热点，在不久的未来，基于ZigBee技术的产品将会形成一个新的浪潮，势不可挡地席卷全球，而它的发展前景将同计算机、互联网一样融入人们生活的每一个角落，给人们的生活带来方便和快捷。本次实验将基于评估套件ZICM2410针对CEL公司ZigBee模块的开发及学习。

1.2 国内外研究现状

国外对ZigBee技术的研究起步较早，研究也较成熟。ZigBee联盟成立于2002年8月，为了推动ZigBee技术的发展，Chad&con、Ember、FreeScale、Honeywll、

Motorala、Philaddrs和Sansung等公司共同成立了ZigBee联盟，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线节点公司和开发商的加入，包括有许多IC设计、家电、通讯节点、ADDR服务提供、玩具等厂商，目前该联盟已经包含了150多家会员。并且还有许多厂商已将ZigBee纳入产品中15l。

国内ZigBee的研究起步较晚，国内ZigBee模块生产厂家一般都受芯片厂家数量等限制价格，国内市场主要由国外仪器所占领，国内未见成熟的自主研制的ZigBee产品，只有一些研究性和简单应用的文章出现于期刊杂志。不过随着无线技术大趋势的发展，很多高校和研究机构都已经着手无线组网、无线技术应用方面的研究。中科院计算所的宁波分所就在专门从事无线技术的研究，主要侧重于无线网络化智能传感器，计算所自行开发可低功耗的CPU、多点网络动态组网拓补协议、网络节点管理软件、无线网络化智能传感器操作系统。国内的一些大学，也在搞ZigBee组网和应用的研究，利用国外厂商的开发平台和芯片建立ZigBee 网络，并应用于智能家居，无线抄表和物流管理方面。相信随着无线技术研究的深入，会有更多的国产ZigBee和其他无线产品投入市场[1-2]。

1.3 发展趋势

ZigBee技术的研究现状来看，ZigBee规范及其应用仍在不断的发展和完善之中，众多厂商、高校和研究机构都对ZigBee技术展现了极大的研究兴趣，进行了大量的研究工作。当前研究的重点主要集中在ZigBee技术应用研究和产品设计、ZigBee协议规范的研究及其完善两个方面，主要集中在以下几个方面：

（1）ZigBee芯片和产品的设计

不少厂商推出了ZigBee的产品和全套解决方案。如Freescale公司的第三代PADDR晶片MCl322x；Helicomm公司推出的ADDR Link 1200 ZigBee开发套件；Jennic公司的JN5121／513X等。

（2）ZigBee技术的具体应用研究

目前，不管国内国外，已有大量的研究者和厂商提出了ZigBee可能的应用。如智能家居、智能公交车、嵌入式方面的应用。另外，Jennie公司的JenNET应用在路灯控制、环境监控、生产线数据收集，以及ZigBee结合RFID等。

（3）ZigBee技术扩展研究

ZigBee技术和其它技术的结合也是目前研究的一个热点。如ZigBee技术和Web ／GPRS构成的无线网关系纠和Linux／DSP构成的无线通信系引等。

（4）和其它技术共存研究

对ZigBee网络与其它无线网络共存的问题也有大量的研究，如ZigBee网络和蓝牙网络共存、WiFi的共存与干扰问题。

（5）网络性能评估

对ZigBee网络性能的研究也是一大热点，如研究ZigBee底层的802．15．4标准在竞争时期(CAP)的网络吞吐量和能量消耗、ZigBee网络在不同的通信参数下，网络的通信量及稳定性1291、在ZigBee网络的低负载的情况下，调整其活动时期节点的能量消耗，使得网络的生命延长等。

（6）路由算法

ZigBee的路由是基于Ad Hoe按需距离矢量(AODV算法)路由算法，这样ZigBee 的网状网络建立与数据传播方式和Ad Hoe网络很类似。而传统的AODV算法的路由开销和路由发现可能会干扰网络性能，特别是节点密集的网络，会直接影响端到端时延和数据包的传递的时延，因此很有必要提高路由算法的高效性和可扩展性，目前一些国内外期刊和论文针对AODV路由算[3]。

2．研究的基本内容

2.1 基本框架

基本框架包括以下几个方面：

（1）学习和了解无线控制演示套件ZICM2410和芯片ZIC2410

本次设计具体研究的基于套件ZICM2410实现无线演示功能；了解ZICM2410套件中ZigBee技术的基本理论、研究现状和发展趋势，以及在商业和工业领域的应用。

ZIC2410具有业界顶尖的+6dBm输出功率，使得它无需进行外部放大即可支持广泛的应用。结合了灵敏度高达-97dBm的接收器，ZIC2410以103dB的链路预算成为ZigBee行业领行者。ZIC2410除了在ZigBee数据速率（250kbps）下所体现出的卓越射频性能外，它还添加了高速模式：Turbo（500kbps）和Premium（1Mbps），

用以满足网络使用高带宽的需求。设备提供众多通用I/O管脚、外设功能（如定时器和UART），且它是首批提供内嵌语音编码解码器设备的ZigBee芯片之一。（2）学习和应用ZICM2410中的基本功能--点对点功能

套件ZICM2410中的芯片ZIC2410中已经包含和囊括协议，点对点功能是其中最基本的功能。使用评估套件配送的USB通讯电缆分别连接PC和2块评估板，打开2个串口调试软件。选择对应的串口号，设置波特率为115200，数据位为8，停止位为1，校验位无，流控制为无，在发送窗口填一些数据并按“发送”，在另一个串口软件中将收到刚发送的数据，可互相发送和接收数据。

（3）学习和应用语言Python

Python是一种面向对象的解释性的计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，类似于java但是更简单，它在虚拟机上运行，应用程序是有Python脚本来完成。使用该技术的一个特点是，可以在应用程序开发的同时，部署ZigBee硬件节点，部署完成，程序也同时完成，只需要使用连接电脑的网关节点进行空中升级即可，程序的更改非常方便。一个端节点的功能及行为，都是可以通过在连接网关的PC上编写，然后无线下载到目标设备里，之所以使用“注入”而不使用“下载”，因为Python脚本是设备全部代码的一部分（下层的虚拟机和底层驱动是不会被擦除的），类似无线的IAP。

（4）简单学习和了解协议SNAP的具体内容

SNAP网络协议是一款由Synapse公司开发的无线mesh网络协议，Synapse公司是国际上专业的无线网状网软硬件解决方案提供商，SNAP为复杂的ZigBee网络提供一个简单、可靠、智能的完整组网方案，同时，因为使用“对等网络”概念，功耗优化明显，冗余性能优异。SNAP使用的是对等网络，所有的节点都是路由节点，组网时，无“加入网络”过程，无中心节点，无需预先构架网络拓扑。由于SNAP使用了24位（3字节）网络地址，因此理论上单个网络可以拥有16M个节点，网络使用16位（2字节）地址，因此支持64K个网络。SNAP网络支持一种“集体协议睡眠”方式。

（5）在整个无线控制演示系统实验中，进行两个演示系统：实现无线远距离灯控和无线温度控制

运用套件ZICM2410实现无线远距离灯控。无线远距离灯控是在PC上运用语言

Python 对芯片内部封装的SNAP 协议进行调用。将两枚芯片设计成输出端和接受端，从输出端传送信号，然后再接收端收到信号，进行远距离灯控实验。

图2.1 实验一简略说明图 无线温度控制将由本人制版焊接和调试，在PC 上运用语言Python 调用协议

SNAP ，最终将两片芯片ZIC2410实现温度的控制和显示。无线温度控制是将输出端中的一个管脚与可变电阻连接（等同于温度的变化），在接受端收到信号，并通过外部显示设备显示温度的变化。

图2.2 实验二简略说明图

图2.3 研究步骤框图

2.2 研究的重点和难点

（1）协议SNAP

协议SNAP在整个大学四年中，没有在我们课本中出现过。而协议也是整个贯穿设计和应用的重点，这便对本人的设计产生了一定的难度和困难。这也是本人在设计中的重中之重。

（2）应用软件python

调用协议SNAP是整个设计最关键的部分，如何调用协议中的功能将关系到本设计最后的效果。而应用软件在四年的学习中从未出现，这也增加了设计环节中的难度。

（3）硬件的焊接和调试

无线温度控制演示系统将有本人独立完成，其中的焊接和调试整个实验最重要的部分。

2.3 拟解决的关键问题

本设计最关键的环节在于：

（1）运用语言python，调用协议SNAP，实现本设计中的无线灯控和温度变化；（2）芯片ZIC2410外围接口电路的设计；

（3）液晶显示模块的设计。

3．研究的方法及措施

芯片制定方案

方案一：运用TI公司的芯片CC2430或者CC2431

芯片能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM 及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本的组合。但是在运用芯片CC系列的芯片必须详

细了解芯片中的底层协议，这对于初涉此类设计的本科毕业生增加了很大的难度。方案二：运用CEL公司的芯片ZIC2410

芯片ZIC2410内已经封装了协议SNAP，只要在语言python的调用下能快速简单的进行调试和实验。Python是一种面向对象、直译式计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，已经具有十多年的发展历史，成熟且稳定。这种语言具有非常简捷而清晰的语法特点，适合完成各种高层任务，几乎可以在所有的操作系统中运行。

综上所述，方案二更适合本人进行操作和实验。

4．预期研究成果

简单运用语言python调用协议SNAP;无线演示系统能实现远距离灯控功能，在输出端进行一次输出，接收端的小灯能接受到信号并且闪烁；在无线温度控制中实现温度的变化，并在外部显示屏上显示温度的实时变化。

5．研究工作进度计划

设计初步分以下阶段来逐步加以细化：

（1）第7学期第7周之前确定课题题目；

（2）第7学期第7周至第12周完成外文查阅；外文翻译初稿；文献收集和查询，完成开题报告（包括文献综述、外文翻译等所有文档）；指导老师批阅开题报告、文献综述和外文翻译；完成设计方案初稿；

（3）第7学期第13周进行开题报告答辩，完成设计方案修改稿；

（4）第7学期第14周至第17周初步制作和完成课题的成果；

（5）第8学期第1周至第6周制作和完成课题的成果并接受指导老师的中期检查，检查内容为毕业设计工作进展；交指导老师审阅后进行修改；

（6）第8学期第7周课题的成果验收；

（7）第8学期第8周至第12周完成毕业设计（论文）的终稿（包括内容、格式、撰写规范等），经指导老师审阅后，按照要求对论文设计进行装订（由分院统一封面）；

（8）第8学期第13周完成毕业设计答辩；毕业设计结束前需上交：开题报告（包括文献综述、外文翻译）合订本一份；毕业设计论文二份（文字版和电子版）。

毕业设计（论文）

文献综述

（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）

ZigBee技术的发展

1. 国内外研究现状

ZigBee联盟正在发展一个极低成本、极低耗能、双向无线通信标准。适应ZigBee标准的解决方案将嵌入在消费者电子学、家庭和建筑自动化、工业控制、Pc外围设备。医学传感应用、玩具和游戏等领域。在ZigBee每个PAN中必须有一个协调器．它有唯一的标识符。且最多可以同时和65536个子节点相连，加之其节点的最优通信质量距离在10m到75m之间．从而可以形成广阔的网络覆盖范围．适用于远距离的低速率识别系统[4]。

国外对ZigBee技术的研究起步较早，研究也较成熟。ZigBee联盟成立于2002年8月，为了推动ZigBee技术的发展，Chad&con、Ember、FreeScale、Honeywll、Motorala、Philaddrs和Sansung等公司共同成立了ZigBee联盟，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线节点公司和开发商的加入[5-6]。

1.1 ZigBee技术广泛应用于各个领域

ZigBee是一种易布建的低成本无线网络，同时其低耗电性将使产品的电池能维持6个月到数年的时间。在产品发展的初期，将以工业或企业市场的感应式网路为主，提供感应辨识、灯光与安全控制等功能，再逐渐将目前市场拓展至家庭中的应用。通常符合以下条件之一的应用，就可以考虑采用才技术：

（1）设备成本很低，传输的数据量很小；

（2）设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块；

（3）没有充足的电力支持，只能使用一次性电池；

（4）频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难；

（5）需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监测或控制[7]。

ZigBee的应用领域有：

（1）居家自动化

使用具备ZigBee功能的楼字控制装置，可轻松享受居家自动化的便利。住户利用ZigBee居家网络，使用手机、PDA、或遥控器等单一装置即可控制屋内电器；用户可以使用手机发送回家的讯号，网络系统即会运行自动识别装置，并执行开灯、改变安防系统警戒状态、切换温控模式等操作。屋主也可以使用居家控制系统调整环境条件，例如内建于花园灌溉系统的感应器会读取水位，视房屋周边泥土中的水位读数而自动关闭或开启；外部照明控制系统会在冬季白昼缩短时早一点动，而在夏季日照增加时会自动晚一点启动；许多国家鼓励人们在电力消耗的低峰时段。

（2）能源管理与效能

应用ZigBee技术可实现高效能源管理，实现节能减排。在家用方面，系统可以监测房间里是否有人住，并进行自动温度控制，如果房间里没人，系统可自动把空调温度调低。公共设施方面，ZigBee技术可用于路灯亮度的管理，只要环境亮度足够，或者路灯旁边有比较明亮的广告牌，系统就可以自动把路灯亮度降低，实现电能的合理利用。

（3）合理运用交通运输和工业安全

利用ZigBee技术能提高我们生活质量和减少工业中的安全隐患。在这方面杭州和各大城市中，合理利用了基于ZigBee的公交自动报站系统，方便市民对于公交车的行进状况进行了解和选择合理的公交线路。ZigBee也可以运用在车辆自动识别系统，可以用于对被盗车辆的监控和追踪。

在工业中，运用ZigBee的定位系统，严密监控在危险地带作业的工人和管理人员，也能运用ZigBee的音频传输功能进行远距离通讯，减少工业作业中的安全隐患。

（4）医学运用

目前．随着医院患者的增多，现有的患者病情监控机制已经不能满足需要由于不能实时对患者的状况进行监控，造成耽误救治、误诊等医疗事故时有发生。医生对患者情况进行实时监控已经成为治疗顺利进行中很重要的一环。因此。医疗行业现在迫切需要患者实时监控系统。实时获取患者生物数据，向监控中心传送其生物信息，使医护人员实时掌握每个患者的身体状况．可加强医生和患者的沟，并在一定程度上减少误诊。

（5）农业领域

传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械设备，主要依靠人力监测作物的生长状况。采用了传感器和ZigBee网络后，农业将可以逐渐地向以信息和软件中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的设备耕种。传感器可以收集包括土壤湿度、氮浓度、PH值、降水量、温湿度和气压等信息。这些信息和采集信息的地理位置经由ZigBee网络传递到中央控制设备供农民决策和参考，这样就能够及早而准确的发现问题，从而有助于保持并提高农作物的产量[7-8]。

1.2 ZigBee技术与其他无线技术的比较

很多人会把ZigBee与其他无线技术，Bluetooth或Wibree等进行比较。对此，ZigBee联盟主席Bob Heili博士表示，就应用曲线来讲，Bluetooth已经在曲线的后面，而ZigBee。ZigBee之所以作为一项标准存在，是因为Bluetooth不是一个传感器网络技术，只是一个无线通讯网络终端。相对Bluetooth, ZigBee的传输速率较低，这主要是其应用场景的需求决定的，ZigBee面对WSN，用于数据传输，所以几百kb每秒已经足够，当然除数据之外，还可以进行声音和低帧率(15fps以下)图像信息的传输，只不过这两者目前都不是实时的；而Wibree针对星型网络的设计并不适用于WSN的应用，而且只能实现不超过8个节[9]。

1.3运用芯片ZIC2410(CEL公司)的语言python

在实验设计方案中，应用软件的使用起到了至关重要的作用，起到了其中芯片ZIC2410是否能正常合理的利用。其中有两个应用软件会运用到其中,Python和c++（着重讲述Python）[10]。

Python是一种面向对象、直译式计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，已经具有十多年的发展历史，成熟且稳定。这种语言具有非常简捷而清晰的语法特点，适合完成各种高层任务，几乎可以在所有的操作系统中运行。目前，基于这种语言的相关技术正在飞速的发展，用户数量急剧扩大，相关的资源非常多。

Python是一种代表简单主义思想的语言，极其容易上手。当用Python语言编写程序的时候，无需考虑诸如如何管理你的程序使用的内存一类的底层细节，并且他可以运用到绝大部分的平台，减少学习其他开发软件的实践。Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。你可以直接从源代码运行程序。在计算机内部，Python解释器把源代码转换成称为字节码的中间形式，然后再把它翻译成计算机使用的机器语言并运行。Python标准库确实很庞大。它可以帮助你处理各种工作，包括正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、密码系统、GUI（图形用户界面）、Tk和其他与系统有关的操作。在ATMEL,SILAB,CEL等公司的产品中，都是运用Python开发软件[11-13]。

2．研究方向

（1）ZigBee芯片和产品的设计：不少厂商推出了ZigBee的产品和全套解决方案。如Freescale公司的第三代PADDR晶片MCl322x；Telecomm公司推出的ADDR Link 1200 ZigBee开发套件；Jennic公司的JN5121／513X等[14]。

（2）ZigBee技术的具体应用研究：目前，不管国内国外，已有大量的研究者和厂商提出了ZigBee可能的应用。如智能家居、智能公交车、嵌入式方面、传感器网络的应用。另外，Jennie公司的JenNET应用在路灯控制、环境监控、生产线数据收集，以及ZigBee结合RFID等。

（3）ZigBee技术扩展研究：ZigBee技术和其它技术的结合也是目前研究的一个热点。如ZigBee技术和Web／GPRS构成的无线网关系和Linux／DSP构成的无线通信系等。

（4）和其它技术共存研究：对ZigBee网络与其它无线网络共存的问题也有大量的研究，如ZigBee网络和蓝牙网络共存、WiFi的共存与干扰问题[15]。

3．存在问题

到目前为止，国内外许多厂商也都开发生产了各种各样的ZigBee产品，并在应用推广上做了大量的工作。ZigBee作为一种新技术，它本身需要有一个技术改

进和成熟，以及市场培育的过程外，我们在长期应用ZigBee技术来解决实际问题的实践中，还发现如下几个十分重要，而在短期内我们认为十分难以解决的问题：（1）ZigBee的核心技术之一，是动态组网和动态路由，需要扫描各种可能的路径，从最短的路经尝试起，这就涉及到无线网络的管理问题。而这些，都需要占用大量的带宽资源，并增加数据传输的时延。特别是随着网络节点数目的增加和中转次数增多。ZigBee经过多次中转后的实际可用速率将大大降低，同时数据传输时延也将大大增加，无线网络管理也就变得越麻烦。这也就是目前ZigBee网络在数据传输时的主要问题。

（2）使用放大器来增加ZigBee网络节点的传输距离，要大大增加网络节点的功耗和成本，失去了ZigBee低成本低功耗的本来目的。而且，在室内使用这种方法来增加传输距离，效果也有限。

（3）ZigBee的核心技术之一，是每一个网络节点，除了自身作为信息采集点和执行来自中心的命令外，它还承担着随时来自网络的数据中转任务，这样，网络节点的收发机必须随时处于收发接收状态，这就是说它的最低功耗至少在20mA 左右，一般使用放大器的远距离网络节点，其耗电量一般在150mA左右。这显然很难使用电池驱动来保证网络节点的正常工作。

（4）由于ZigBee中的每一个节点，都参与自动组网和动态路由的工作，因而每个网络节点的单片机也就相对复杂一些，成本自然也就高一些。ZigBee网络，实际上在许多情况下，是牺牲了网络传输效率，带宽以及节点模块的功耗，来换取在许多实际应用中。

当前ZigBee技术尚未解决的节点耗电问题，网络数据传输的效率较低时延较长的问题，以及数据传输距离有限的问题，是当前ZigBee 技术难于得到很好推广的更本原因[15-16]。

浙江大学城市学院毕业论文参考文献参考文献（含开题报告和文献综述）

[1] 金纯,罗凤,陈峰,许光辰.ZigBee车辆自动识别系统的设计[J] .2007

[2] 施荣华,崔奕芳,江玲.Ad Hoe网络中QoS的路由协议算法研究[J] .计算机科学,2008(7).

[3] 詹杰,周仁龙,吴伶锡.基于ZigBee的公交自动报站系统的设计[J].2007.

[4] 康跃明,吴燕清.基于ZigBee的井下长距离无线通讯系统[J].2007.

[5] 刘媛,李纯,赵岩,姚远.基于ZigBee技术的医院患者监控系统研究[J].2007.

[6] 周武斌. ZigBee无线组网技术的研究[J].2009.

[7] 张令意,昂志敏,金海红.新型无线通信技术一ZigBee [J].现代通信.2007.

[8] Andreas Andersson,Mattias Thoren．A suitable base for embedded wireless development[J]．Sweden：Chalmers University of Technology,2004.

[9] 张周,周剑扬,门沫.ZigBee在智能家居系统中的应用研究[J]. 工业控制计算机,2006.

[10] 罗超,杨卫,朱兵.双核无线传感器网络节点通信接口设计[J]. 仪表技术与传感器,2008(3).

[11] Jo Woon Chong，Ho Young Hwang，Chang Yong Jung．Analysis of

Throughput and Energy Consumption in a ZigBee Network under the Presence of Bluetooth Interfercence[J]．Global Telecommunications Conference．IEEE．2007.

[12] 于斌,孙斌,温暖等.NS2与网络模拟[J]. 北京人民邮电出版社,2008.

[13] 王达.网络工程基础[M]. 北京电子工业出版社,2006．

[14] 瞿雷,刘盛德,胡成斌. ZigBee技术及应用[J]. 北京航空航天大学出版社,2007.

[15] 张宏亮．ZigBee软件开发人员指南(基于Jennie mslx)[J]. 北京博讯科技,2007.

[16] 蔡雨楠,王福豹,严国强.基于数据服务和能量控制的ZigBee路由策略的研究[J]. 微型电脑应用,2008.

毕业设计（论文）

译文及原稿

译文题目开发一个用于种植森林基于CPLD无线

遥控系统的修剪机

原稿题目 Development of a CPLD Based Wireless Remote Control System of Pruning Machine

for Plantation Forest

原稿出处School of Technology, Beijing Forestry University, Beijing, P.R. China

School of Technology, Beijing Forestry

University, Beijing, P.R. China

开发一个用于种植森林基于CPLD无线

遥控系统的修剪机

章俊美1，李文斌1，萨超1，王戴明1，Patrick S K Chua2，F. L. Tan2

1技术学院、北京林业大学、北京、中国公关

joyzhangjm@https://www.sodocs.net/doc/882813675.html,, leewb@https://www.sodocs.net/doc/882813675.html,

2机械学院、航天工程、南洋理工大学、新加坡

mskchua@https://www.sodocs.net/doc/882813675.html,.sg, mfltan@https://www.sodocs.net/doc/882813675.html,.sg

摘要：用于种植森林而开发的一种无线遥控修剪机。新设计系统主要由两个部分组成:一个是以手控制器形式的传送系统，另一个是安装在机器框架里来驱动机械的接收系统。以下将详细讨论这种利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)来实现数字信号处理控制系统、机电设备结构的界面、传输系统及接收系统，以及从技术的角度分析每个零部件。整个远程控制系统具有可靠性强、操作简单、高性能和抗干扰功能的优势。它已成功应用于生产自动修剪机并达到了预期的结果。

关键字：自动修剪机、无线、远程控制、CPLD、电路仿真。

1、介绍

用于商业、建筑、家具和家庭装饰的木材主要依靠以种植森林为中心的方法提供。修剪是其中一个最重要和必要的措施在培养种植森林上。目前,森林树木修剪工作完全由经营者自己运用修剪工具修剪。采用这种运行效率较低、高伤亡和有限高度的修剪方法很难满足大面积培养的商业种植园所需，在中国和其他一些国家就存在这样的现象[1-2]。所以最关键方法是开发自动修剪技术,这也是提高安全性和高效性的最好方法。然而,修剪的工作状况会随着森林的地形复杂程度而比较容易改变。因此，操作员在遥控修剪机器时要远离危害的环境，这是研究的最新的动态[3、4、5、6、7]。该系统主要由两个部分组成:一个是以手控制器形式的传送系统和一个安装在机器框架里来驱动机械的接收系统。手控制的机器和远程设备之间信号的传送是通过无线波。控

制系统中最重要的设计就是以下两点：提高远程控制修剪机器功能的安全性、和发射信号的准确性。在过去的几十年,传统信号的处理是由电路控制，该电路由离散组件,中等规模的集成电路(MSI)、小规模的集成电路(SSI)组成，有着可靠性差和抗干扰能力差的缺点。然而,整个控制系统的设计复杂、成本又昂贵。在最近研究进展中,我们展望了超大规模集成电路(VLSI)技术，并已经成功地利用CPLD技术设计为专用的集成电路(ASICs)。

本文基于远程控制系统CPLD技术来研究修剪机的模型。自动修剪机的机电界面,控制系统的图示,传输系统、接收系统和仿真波形为代表的内部逻辑序列CPLD结合数字信号处理的系列问题，我们都将在以下章节中一一描述。由于发射模块和接收模块采用这里的商业产品，因此只需对该模块的参数进行设置，忽略其设计和本文中的测试进程。然而最应该强调的是：在系统的总体设计上最为基础要求就是提供简单和可靠的硬件。虽然如此，标准设备的选用也是首选。这也在其它林业机械中比较盛行。

2、机电接口

远程控制的自动修剪机工作时是靠螺旋运动爬上树干。开发新的控制系统涉及以下几点任务：

1）可以控制机器的三个方位：上、下、及暂停；

2）通过控制电力供应改变机器的三种工作方式：闲置、攀爬、及修剪。

根据机器的机械运动分析，工作方向是由离合器的位置决定，以及电源的位置变化是受燃料注入二冲程循环的汽油发动机控制的[8]。对于这项工作的目的，两个直流发动机可定义为发动机的导向（DM）和发动机的引擎（EM），适用于改变离合器的必要位置和汽油发动机的燃油喷射状态。直流发动机的接口和机械系统如图1。发动机的轴通过一轴销与推杆相连。当发动机驱动控制系统时，连接杆（与离合器相连）或扭转弹簧（与燃油喷射链接）通过L形梁控制离合器的位置或者汽油发动机的燃油喷射。

1、推杆

2、L形梁

3、推杆

4、弹簧

5、轴销

物联网无线控制系统的制作方法

本技术提供一种物联网无线控制系统，包括由核心处理器、无线节点模块以及射频模块组成，所述核心处理器外部设有射频模块，所述核心处理器通过射频模块无线连接无线节点模块；所述核心处理器分别并联接入控制主机内部的SD卡、摄像头、WIFI模块、感应传感器以及音频外设，核心处理器通过GSM模块与用户手机进行无线连接；所述无线节点模块内部设有核心处理器。本技术有益效果为：通过核心处理器设计的控制主机部分与无线节点模块组成整体系统，其作用主要在于控制主机部分通过核心处理器控制射频模块实现无线节点的信息汇总和处理，并通过GSM模块利用短信和彩信的方式通知用户手机并接收短信命令进行后续处理，以此实现物联网无线控制。 权利要求书 1.一种物联网无线控制系统，包括由核心处理器(1)、无线节点模块(2)以及射频模块(3)组成，其特征在于：所述核心处理器(1)外部设有射频模块(3)，所述核心处理器(1)通过射频模块(3)无线连接无线节点模块(2)；所述核心处理器(1)分别并联接入控制主机内部的SD卡(5)、摄像头(6)、WIFI模块(7)、感应传感器(8)以及音频外设(9)，核心处理器(1)通过GSM模块(4)与用户手机(10)进行无线连接。 2.根据权利要求1所述的物联网无线控制系统，其特征在于：所述无线节点模块(2)内部设有核心处理器(21)。

技术说明书 一种物联网无线控制系统 技术领域 本技术涉及物联网无线控制技术，尤其涉及一种物联网无线控制系统。 背景技术 随着物联网相关设备的不断创新，现有新型物联网智能安防、家居实验设备一般由主控系统、无线传感网及传感器及相应的远程控制装置组成，并能自成系统完成相当于安装于家庭中的智能安防报警系统、智能家居控制、监测等功能。更新后的物联网技术框架，首先以真实的智能安防、家居为模型，具有独立的各种传感器模块、无线射频传感网模块、家居信息控制模块，然后以ARM芯片为基础的并携带WIFI信息传输功能的主机服务器，也有利于为学生从事物联网相关技术的研发和维护打下基础。对于物联网教学方面其内容丰富，主要分为感知层、网络层及应用层，其感知层用来提供多种射频识别、传感器节点和路由器等硬件和网络协议，数据采集教学；其网络层提供基于ARM处理器的嵌入式教学，完成多种无线网络管理，传感器和射频识别信息处理，且通过无线及有线网络路经，将数据传输到物联网中心服务器，数据库和互联网；其应用层可提供各种物联网应用实训、智能家居、智能环境检测、智能交通等。因此，组接物联网无线控制系统有其必要性。 技术内容 针对以上缺陷，本技术的目的是提供一种能够保持整体系统稳定、便于拓展、可有利于主要实现物联网无线控制的物联网无线控制系统，以解决现有技术的诸多不足。

无人机控制系统核心硬件

2.1 ARM-Cortex M4架构 ARM-Cortex M4 架构： 无人机控制系统可以采用基于ARM系统架构的嵌入式处理器来实现，本次 重点基于ARM-Cortex M4架构的无人机飞控系统。 ARM是32位嵌入式微处理器的行业领先提供商，到目前为止，已推出各 种各样基于通用体系结构的处理器，这些处理器具有高性能和行业领先的功效，而且系统成本也有所降低。 基于ARMv7架构以上的Cortex系列主要分为A（应用处理器）、R（实时 处理器）、M（微控制器）三大应用系列。其中Cortex-M系列处理器主要是针 对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将逻辑门数和功耗控制在最低。Cortex-M处理器是一系列可向上兼容 的高能效、易于使用的处理器，这些处理器旨在帮助开发人员满足将来的嵌入 式应用的需要。这些需要包括以更低的成本提供更多功能、不断增加连接、改 善代码重用和提高能效 ARM-Cortex 的特点： 更低的功耗：以更低的 MHz 或更短的活动时段运行，基于架构的睡眠模式支持，比 8/16 位设备的工作方式更智能、睡眠时间更长 更小的代码（更低的硅成本）：高密度指令集，比 8/16 位设备每字节完 成更多操作，更小的 RAM、ROM 或闪存要求 易于使用：多个供应商之间的全球标准，代码兼容性，统一的工具和操作 系统支持 更有竞争力的产品：Powerful Cortex-M processor，每MHz 提供更高的

?Cortex-M4是一个32位处理器内核 ?内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32 位的 ?采用哈佛架构 ?小端模式和大端模式都是支持的 ?Thumb指令集与32位性能相结合的高密度代码 ?针对成本敏感的设备Cortex-M4处理器实现紧耦合的系统组件，降低处理器的面积，减少开发成本 ?ROM系统更新的代码重载的能力 ?该处理器可提供卓越的电源效率 ?饱和算法进行信号处理 ?硬件除法和快速数字信号处理为导向的乘法累加 ?集成超低功耗的睡眠模式和一个可选的深度睡眠模式 ?快速执行代码会使用较慢的处理器时钟，或者增加睡眠模式的时间?为平台的安全性和稳固性，集成了MPU（存储器保护单元） ?Cortex-M4内部还附赠了好多调试组件，用于在硬件水平上支持调试操作，如指令断点，数据观察点等 ?有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖 2.1.3 基于ARM Cortex-M4 内核的微控制器 ARM Cortex-M4内核是微控制器的中央处理单元（CPU），配合外围设备模块和组件，形成完整的基于Cortex-M4的微控制器。在芯片制造商得到Cortex-M4处理器内核的使用授权后，它们可以将Cortex-M4内核用在自己的硅片设计中，添加存储器，外设，I/O以及其它功能块。不同厂家设计出的单片机会有不同的配置，包括存储器容量、类型、外设等都各具特色。由于基于统一的内核架构，事实上本书后面所介绍的飞控软件和算法虽然已ST的 STM32F407为基础，它们是很容易移植到其他公司的同内核平台芯片上的，很多与外设无关的代码部分不需要任何改变即可移到其他平台上，仅需要关注外围设备相关部分的驱动代码。 ?飞思卡尔（现并入恩智浦）基于ARM Cortex M4内核的Kinetis K60微控制器系列。Kinetis微控制器组合产品由多个基于ARM@CortexTM_M4内核且引脚、外设和软件均兼容的微控制器系列产品组成。 ?ST基于ARM Cortex-M4内核的STM32 F4微控制器系列，具有高达 168MHz的主频，以及在此主频工作下的基准测试功耗为38.6mA

牵引力控制稳定性控制系统指示灯故障

5.1.3.13 牵引力控制/稳定性控制系统指示灯故障诊断说明 ? 在使用此诊断程序之前，执行。 ? 查阅，以获得诊断方法的概述。 ? 提供每种诊断类别的概述。 故障诊断信息 电路对搭铁短 路 开路/电阻过 大 对电压短 路 信号性 能 稳定性控制开关信 号 B2745 02 1 1 — 稳定性控制开关搭 铁 — 1 —— 1. 稳定性控制开关不工作 将点火开关置于ON 位置后，组合仪表点亮牵引力控制/稳定性控制启用指示灯、冬季指示灯和稳定性控制停用指示灯5秒钟。当系统处于牵引力控制或稳定性控制模式时，电子制动控制模块(EBCM) 将通过串行数据请求组合仪表点亮（闪烁）牵引力控制/稳定性控制启用指示灯。电子制动控制模块检测到故障时，将向组合仪表发送一条串行数据信息以指令牵引力控制/稳定性控制启用指示灯点亮。 车身控制模块(BCM) 监测稳定性控制开关。一旦按下稳定性控制开关，车身控制模块会请求电子制动控制模块停用牵引力控制系统。当按下稳定性控制开关5秒钟后，车身控制模块会请求电子制动控制模块停用稳定性控制系统。电子制动控制模块通过串行数据请求组合仪表熄灭冬季指示灯和稳定性控制停用指示灯，以将停用状态通知驾驶员。 参考信息

示意图参考 连接器端视图参考 说明与操作 电气信息参考 ? ? ? ? 故障诊断仪参考 参见，以获取故障诊断仪信息 电路/系统检验 1.将点火开关置于 ON 位置，用故障诊断仪指令组合仪表全部指示灯测试点亮和熄灭。确认牵引力控制/稳定性控制启用指示灯、牵引力控制停用指示灯和稳定性控制停用指示灯的点亮和熄灭。 ?如果有任何一个指示灯未点亮和熄灭，则更换P16组合仪表。 2.按下并松开牵引力控制开关的同时，观察故障诊断仪“BCM Traction Control Switch（车身控制模块牵引力控制开关）”参数。确认读数在“Active（启动）”和“Inactive（未启动）”间变化。 ?如果参数不在规定值之间变化，则参见“电路/系统测试”。

工业无线控制系统

堆取料机加装工业无线控制后的优点中国是世界上最大的水泥消费国和生产国，近几年，随着国民经济的快速增长，水泥需求量的不断攀升，造成了水泥供应紧张，引起了无数家企业纷纷投资、上马新型干法水泥生产线，新型干法水泥生产线的使用又需要大量的堆料机和取料机。截止到2007年底，全国新型干法水泥生产线797条，设计水泥熟料产能60657.7万吨，在各家企业开足马力生产的同时，一个新的问题出现了，堆料机和取料机在长时间的使用过程中，通信电缆经常会因各种原因断裂，引起信号中断，使中控室和堆料机的通信失去联系，或着产生误动作，在这种情况下的维修、维护成本非常高，不但造成直接和间接经济损失，还增加了维修人员的劳动强度。为此，水泥企业对堆料机的通信稳定性提出了更高的要求。 针对上述问题，我公司成功开发了针对堆料机通信的工业无线控制系统，它可以完全取代通信电缆，并可以避开传统的通信电缆在使用中的各种弱点，以下是本产品的特点： 一、专业为堆取料机的无线控制而设计： 最好的解决了堆取料机的控制电缆容易断裂不容易修复，并影响生产带来的一系列问题。 二、高可靠性：

1、工业无线控制系统的软体具备CRC检查码及错误回复的能力，能保证百分之百的无误传输及解码。 2、先进的中央处理器对错误的信号进行检查，达到百分之百无错误解码，及控制所有的继电器输出。 三、二十二进二十二出的双向控制： 基本可以满足全部的堆取料机控制，一个堆料机或取料机只需要一套工业无线控制系统即可以解决控制电缆线断裂问题。 四、控制距离远： 控制距离最远可达到5000米，可满足任何复杂的现场要求。 五、抗干扰能力强： 工业无线控制系统特别重视抗干扰产品的研发，所使用的频段是工业专用频段，避免了与其他无线设备的互相干扰，在关键的地方都采用了高成本的金属外壳，使外来的干扰降到最低。在信号传输中，每一个信号都采取了加密处理。 六、符合国家相关要求： 产品的各项技术参数均可满足国家各项规定，客户可放心使用。 七、工业化的设计：

无人机飞行路线控制系统设计

无人机飞行路线控制系统设计 由于无人机是通过无线遥控的方式完成自动飞行和执行各种任务,具有安全零伤亡、低能耗、重复利用率高、控制方便等优点,因此得到了各个国家、各行各业的高度重视和广泛应用。尤其以美国为代表,无论是在军事、民用、环境保护还是科学研究中,都将无人机的使用发挥到淋漓尽致,其拥有全球最先进的“捕食者”和“全球鹰”战斗无人机、监测鸟类的“大乌鸦”无人机、民用用途的“伊哈纳”无人机等等。我国在无人机研制方面也取得了一定的成就,拥有技术卓越的“翔龙”和“暗箭”高空高速无人侦查机、多用途的“黔中”无人机、探测海洋的“天骄”无人机、中继通讯的“蜜蜂”无人机等等。在未来,随着现代化工业技术、信息技术、自动化技术、航天技术等高新技术的迅速发展,无人机技术将日趋成熟,性能日益完善,为此将拥有更为广阔的应用前景。为确保无人机能够有效地完成各种飞行任务,研发者开发了各种技术方式的飞行控制系统,完成对无人机的起飞、飞行控制、着陆以及相应目标任务等操作的控制。飞行路线控制是飞行控制系统中最基础也是最核心的功能控制部分,其它所有的飞行任务控制都是飞行路线控制的基础之上实现。目前对于无人机飞行路线的控制已有各种各样方式的系统,但大多数系统都存在一定缺陷,如有些系统操作过于繁杂,不够智能化;有些系统只能在视距范围遥 控无人机,严重限制了无人机的使用;有些系统过于专用化,不能适用于大多数类型的无人机;有些比较完善的系统,造价又过于昂贵,等等一系列问题。针对以上存在的这些问题,本课题提出了一种成本低、

遥控距离远、智能化、高效化、适用性广的无人机飞行路线控制系统设计方案。该系统方案包括两大部分,一部分是操作人员所处的地面监控系统,一部分是无人机端的受控系统,实现的机制主要是无人机不断地将自身的定位信息实时地传送给地面控制系统,地面控制系统将无人机位置信息通过电子地图可视化显示给操作人员,操作人员结合本次飞行任务,采用灵活的鼠标绘制方式在地图上绘制预定的飞行路线,地面控制系统对绘制路线进行自动处理生成可用的路线控制信息帧并发送给无人机受控系统,无人机受控系统接收到位置控制信息帧,不断结合实时的方位信息得到飞行控制信息,从而遥控无人机按照预定路线飞行。此外,为方便用户以后对历史数据的查看,以分析总结得到一些有价值的信息,地面监控系统还包含了对预定路线和无人机历史飞行路线的存储、查询和在地图中回放功能。基于GIS技术的地面监控系统的具体实现是在Windows操作系统上,采用Visual Basic作为系统开发环境并结合MSComm串口通信技术、Mapx二次开发组件技术、Winsock网络接口技术以及Access数据库技术完成软件设计,实现与无人机受控系统的无线通信、GIS系统操作和监控、历史数据存储和重现等,其中实验区域的电子地图采用Mapinfo Professional开发软件绘制完成,并创新性地设计并绘制了画面简洁的带高层信息的二点三维矢量地图,而对于绘制路线的优化和提取处理采用了垂距比值法和最小R值法。无人机端使用BDS-2/GPS双卫星系统对无人机实时位置进行高精度的定位,采用双串口单片机进行运算控制处理,实时的飞行控制信息采用了几何空间算法得到,另外采

汽车牵引力控制技术

汽车牵引力控制技术（TCS）的工作原理 现代科学技术的发展,促使车辆的性能越来越高,特别是机电一体化技术在车辆上得到了广泛的应用：电子控制燃油喷射系统、制动防抱死装置（ABS）、车辆防侧滑系统等。牵引力控制系统（Traction Control System, 简记为TCS）又称为驱动防滑控制系统（Anti-Slip Regulation, 简记为ASR），它是汽车制动防抱死系统基本思想在驱动领域的发展和推广。是上世纪80 年代中期开始发展的新型实用汽车安全技术，这项技术的采用主要解决了汽车在起步、转向、加速、在雪地和潮湿的路面行驶等过程中车轮滑转的问题。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上，没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑；如是后驱动的车辆容易甩尾，如是前驱动的车辆容易方向失控。有ASR时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。在转弯时，如果发生驱动轮打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向。 一、汽车牵引力控制技术（TCS）的工作原理 ASR 系统和ABS系统采用相同的原理工作：即根据车辆车轮转速传感器所测得的车轮转速信号由电控单元进行分析、计算、处理后输送给执行机构用来控制车辆的滑移现象，使车辆的滑移率控制在10%~20%之间，从而增大了车轮和地面之间的附着力，有效地防止了车轮的滑转。 滑移率由实际车速和车轮的线速度控制，其计算公式为：滑移率=（实际车速—车轮线速度）/ 实际车速×100% 轮速可由轮速传感器准确检测得到。而车速的准确检测者比较困难，一般采用以下几种方法： 1、采用非接触式车速传感器 如多普勒测速雷达，但这种方式成本较高、技术复杂，应用较少。 2、采用加速传感器 这种方法由于受坡道的影响，误差较大，控制精度差，应用也较少。 3、根据车轮速度计算汽车速度 由于车速和轮速的变化趋势相同，当.实际车轮减速度达到某一特定值时以该瞬间的轮速为初始值，根据轮速按固定斜率变化的规律近似计算出汽车速度（称为车身参考速度）。 二、汽车牵引力控制技术（TCS）的控制方式 1、采用电控悬架实现驱动车轮载荷调配 在各驱动车轮的附着条件不一致时,可以通过电控悬架的主动调整使载荷较多地分配在附着条件较好的驱动车轮上,使各驱动车轮附着力的总和有所增大,从而有利于增大汽车的牵引力,提高汽车的起步加速性能;也可以通过悬架的主动调整使载荷较多地分配在附着条件较差的驱动车轮上,使各驱动车轮的附着力差异减小,从而有利于各驱动车轮之间牵引力的平衡,提高汽车的行驶方向稳定性。目前在ASR 领域中电控悬架参与控制技术还处在理论探索阶段,而且这项技术较为复杂,成本也较高,所以在ASR 系统中一般很少采用。 2、调节发动机的输出转矩控制驱动力矩发动机输出力矩调节是最早应用的驱动防滑控制方式。在附着系数较小的冰雪路面上或

基于NRF24L01的无线控制系统

基于NRF24L01的单片机无线控制系统的设计 XXX，物理与电子信息学院 摘要:随着智能化技术的发展，无线控制系统因功能实用，使用方便，减轻人 工操作负担而得到了广泛的应用。因此设计一款可靠，操作简便的无线控制系统，对于提高工作效率，提升生活质量，降低人力成本有积极的意义。本系统以89C52单片机和NRF24L01无线通信模块为核心,旨在设计一个简单实用，低成本的无线控制系统，使其能够实现基本的无线控制功能。最后，通过实物制作和测试，验证其可行性。该系统具备成本低廉，工作稳定，适用范围广，操作简单等特点，实际应用前景十分广阔。 关键词：NRF24L01；无线通信；单片机 Wireless control system based on MCU and NRF24L01 Ding Yue Hu,College of Physics and Electronic Information Abstract: With the rapid development of intelligent technology,the wireless control system has been widely adopted and it’s senseful to design a low cost,reliable and easy-using system.This system mainly based on NRF24L01wireless communication module and 89C52MCU control module,the host sending data through the wireless module and the slave receiving and translating data then to make the corresponding driving module action,so it can finish some basic control functions.Finally,we verify its feasibility through the actual making and testing.The system has the advantages of low cost,stable,wide application and simple operation,with a broad prospect of application. Key words:Wireless control；MCU；NRF24L01

无人机飞行控制方法概述

2017-10-08 GaryLiu 于四川绵阳 无人机的飞行控制是无人机研究领域主要问题之一。在飞行过程中会受到各种干扰，如传感器的噪音与漂移、强风与乱气流、载重量变化及倾角过大引起的模型变动等等。这些都会严重影响飞行器的飞行品质，因此无人机的控制技术便显得尤为重要。传统的控制方法主要集中于姿态和高度的控制，除此之外还有一些用来控制速度、位置、航向、3D轨迹跟踪控制。多旋翼无人机的控制方法可以总结为以下三个主要的方面。 1.线性飞行控制方法 常规的飞行器控制方法以及早期的对飞行器控制的尝试都是建立在线性飞行控制理论上的，这其中就有诸如PID、H∞、LQR以及增益调度法。 1)PID PID控制属于传统控制方法，是目前最成功、用的最广泛的控制方法之一。其控制方法简单，无需前期建模工作，参数物理意义明确，适用于飞行精度要求不高的控制。 2)H∞ H∞属于鲁棒控制的方法。经典的控制理论并不要求被控对象的精确数学模型来解决多输入多输出非线性系统问题。现代控制理论可以定量地解决多输入多输出非线性系统问题，但完全依赖于描述被控对象的动态特性的数学模型。鲁棒控制可以很好解决因干扰等因素引起的建模误差问题，但它的计算量非常大，依赖于高性能的处理器，同时，由于是频域设计方法，调参也相对困难。 3)LQR LQR是被运用来控制无人机的比较成功的方法之一，其对象是能用状态空间表达式表示的线性系统，目标函数是状态变量或控制变量的二次函数的积分。而且Matlab软件的使用为LQR的控制方法提供了良好的仿真条件，更为工程实现提供了便利。 4)增益调度法 增益调度（Gain scheduling）即在系统运行时，调度变量的变化导致控制器的参数随着改变，根据调度变量使系统以不同的控制规律在不同的区域内运行，以解决系统非线性的问题。该算法由两大部分组成，第一部分主要完成事件驱动，实现参数调整。如果系统的运行情况改变，则可通过该部分来识别并切换模态；第二部分为误差驱动，其控制功能由选定的模态来实现。该控制方法在旋翼无人机的垂直起降、定点悬停及路径跟踪等控制上有着优异的性能。 2.基于学习的飞行控制方法 基于学习的飞行控制方法的特点就是无需了解飞行器的动力学模型，只要一些飞行试验和飞行数据。其中研究最热门的有模糊控制方法、基于人体学习的方法以及神经网络法。 1)模糊控制方法（Fuzzy logic） 模糊控制是解决模型不确定性的方法之一，在模型未知的情况下来实现对无人机的控制。 2)基于人体学习的方法（Human-based learning） 美国MIT的科研人员为了寻找能更好地控制小型无人飞行器的控制方法，从参加军事演习进行特技飞行的飞机中采集数据，分析飞行员对不同情况下飞机的操作，从而更好地理解无人机的输入序列和反馈机制。这种方法已经被运用到小型无人机的自主飞行中。 3)神经网络法（Neural networks）

关于无人机飞行控制系统的全面解析

关于无人机飞行控制系统的全面解析 飞控的大脑：微控制器在四轴飞行器的飞控主板上，需要用到的芯片并不多。目前的玩具级飞行器还只是简单地在空中飞行或停留，只要能够接收到遥控器发送过来的指令，控制四个马达带动桨翼，基本上就可以实现飞行或悬停的功能。意法半导体高级市场工程师介绍，无人机/多轴飞行器主要部件包括飞行控制以及遥控器两部分。其中飞行控制包括电调/马达控制、飞机姿态控制以及云台控制等。目前主流的电调控制方式主要分成BLDC方波控制以及FOC正弦波控制。 高通和英特尔推的飞控主芯片CES上我们看到了高通和英特尔展示了功能更为丰富的多轴飞行器，他们采用了比微控制器（MCU）更为强大的CPU或是ARM Cortex-A系列处理器作为飞控主芯片。例如，高通CES上展示的Snapdragon Cargo无人机是基于高通Snapdragon芯片开发出来的飞行控制器，它有无线通信、传感器集成和空间定位等功能。Intel CEO Brian Krzanich也亲自在CES上演示了他们的无人机。这款无人机采用了RealSense技术，能够建起3D地图和感知周围环境，它可以像一只蝙蝠一样飞行，能主动避免障碍物。英特尔的无人机是与一家德国工业无人机厂商Ascending Technologies合作开发，内置了高达6个英特的RealSense3D摄像头，以及采用了四核的英特尔凌动（Atom）处理器的PCI-express定制卡，来处理距离远近与传感器的实时信息，以及如何避免近距离的障碍物。这两家公司在CES展示如此强大功能的无人机，一是看好无人机的市场，二是美国即将推出相关法规，对无人机的飞行将有严格的管控。 多轴无人机的EMS/传感器某无人机方案商总经理认为，目前业内的玩具级飞行器，虽然大部分从三轴升级到了六轴MEMS，但通常采用的都是消费类产品如平板或手机上较常用的价格敏感型型号。在专业航拍以及专为航模发烧友开发的中高端无人机上，则会用到质量更为价格更高的传感器，以保障无人机更为稳定、安全的飞行。这些MEMS传感器主要用来实现飞行器的平稳控制和辅助导航。飞行器之所以能悬停，可以做航拍，是因为MEMS传感器可以检测飞行器在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化，在检测到角度变化

牵引力控制系统 TCS

TCS：英文全称是Traction Control System，即牵引力控制系统，又称循迹控制系统。汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险，TCS就是针对此问题而设计的。TCS依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时(这是打滑的特征)，就会发出一个信号，调节点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。TCS可以提高汽车行驶稳定性，提高加速性，提高爬坡能力。TCS如果和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。TCS和ABS可共用车轴上的轮速传感器，并与行车电脑连接，不断监视各轮转速，当在低速发现打滑时，TCS会立刻通知ABS动作来减低此车轮的打滑。若在高速发现打滑时，TCS立即向行车电脑发出指令，指挥发动机降速或变速器降挡，使打滑车轮不再打滑，防止车辆失控甩尾。 TCS与ABS的区别在于，ABS是利用传感器来检测轮胎何时要被抱死，再减少制动器制动压力以防被抱死，它会快速的改变制动压力，以保持该轮在即将被抱死的边缘，而TCS主要是使用发动机点火的时间、变速器挡位和供油系统来控制驱动轮打滑。 TCS对汽车的稳定性有很大的帮助，当汽车行驶在易滑的路面上时，没有TCS的汽车，在加速时驱动轮容易打滑，如果是后轮，将会造成甩尾，如果是前轮，车子方向就容易失控，导致车子向一侧偏移，而有了TCS，汽车在加速时就能够避免或减轻这种现象，保持车子沿正确方向行驶。在TCS应用时，可以在仪表板显视出地面是否有打滑的现象发生，它有一个控制旋扭，如果想要享受一下自己控制的快感，在适当的时机可以将系统关掉，车子重新启动时TCS就会自动放开。ASR：ASR驱动防滑系统也叫牵引力控制系统，即Acceleration Slip Regulation的缩写。功能与TCS相同，同样是为了防止车辆在起步、再加速时驱动轮打滑，维持车辆行驶方向稳定性的系统，叫法不同，通常多在大众等德系车型上看到这个缩写。 TRC：TRC功能与TCS相同，此种叫法多出现于丰田、雷克萨斯等日系车型上。 ATC：功能与TCS相同，Automatic Traction Control的缩写，自动牵引力控制，又称为牵引力控制。

远程无人机控制系统的制作技术

本技术公开了一种远程无人机控制系统，包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装置和航拍装置，所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块。本技术不仅能够同时控制多架无人机，智能化程度高，而且航拍所得到的图像质量较好。 技术要求 1.一种远程无人机控制系统，其特征在于：包括无人机组和远程控制中心，所述无人机组包括若干架无人机，每架所述无人机包括第二无线通讯模块、智能监控器、自动驾驶装 置和航拍装置； 所述第二无线通讯模块用于向远程控制中心发送实时飞行数据，接收并回复远程控制中 心发送的测试命令，并发送命令至所述自动驾驶装置和所述航拍装置； 所述自动驾驶装置用于接收第二无线通讯模块发送的任务命令并驱动所述无人机执行飞 行任务；

所述智能监控器通过无线传输线路与遥控器连接，所述的遥控器用于控制无人机，包括遥控器本体和安装在遥控器本体上的无线传输模块，其每隔一段时间就会往将所接收到的数据包向外界发送； 所述航拍装置一方面根据所述第二无线通讯模块接收到的航拍指令进行图像采集和处理，另一方面通过所述第二无线通讯模块向所述远程控制中心发送航拍图片信息； 所述远程控制中心包括第一无线通讯模块、任务分配模块、信号处理模块和初始化模块，所述第一无线通讯模块用于向所述第二无线通讯模块发送测试命令和任务命令，接收所述第二无线通讯模块发送实时飞行数据； 所述任务分配模块用于用户输入每一架无人机任务命令并通过第一无线通讯模块发送至对应的无人机； 所述信号处理模块用于对所述第一无线通讯模块接收的实时飞行数据进行处理得到无人机执行命令并将执行命令和任务命令比对； 所述初始化模块用于对第一无线通讯模块、任务分配模块和信号处理模块进行初始化； 所述航拍装置包括图像采集模块、图像编码模块、图像压缩模块、图像存储模块和微控制模块，所述图像采集模块采集视频信号，所述视频信号为一系列模拟图像的集合，所述图像编码模块对所述模拟图像进行编码转化为数字图像，所述图像压缩模块对所述数字图像进行编码压缩后形成压缩图像传送给所述图像存储模块进行存储，所述微控制模块控制所述图像采集模块采集所述视频信号，协调控制所述图像编码模块进行图像编码，所述图像压缩模块进行图像压缩，所述图像存储模块对所述压缩图像进行存储； 所述微控制模块与所述无线通信装置电连接，接收所述拍摄指令，从所述图像存储模块中提取存储的所述压缩图像并通过所述第二无线通讯模块发送给所述第一无线通讯模块。 2.根据权利要求1所述的一种远程无人机控制系统，其特征在于：所述智能监控器包括相对独立的控制器和信号切换器，二者之间通过RS485通讯端口进行通讯，所述控制器可控制8台带有摄像机的云台，所述信号切换器装有红外遥控接收器件，所述遥控器通过有线或无线方式和远程控制中心连接。

浅析无人机航空摄影测量系统及应用

浅析无人机航空摄影测量系统及应用 发表时间：2017-10-26T19:53:11.473Z 来源：《建筑科技》2017年9期作者：舒永国 [导读] 发展低空无人飞行器航测遥感系统是提高测绘现势性的迫切需要，是做好应急救急工作的迫切需要，是构建数字中国、数字城市建设的迫切需要。基于此，本文主要对无人机航空摄影测量系统及应用进行分析探讨。 北京市自来水集团禹通市政工程有限公司北京 100089 摘要：测绘测量技术系统是应对自然灾害、有效处置突发事件、构建完善保障系统与加强防灾减灾工作建设的重要组成部分，也是目前的一个重要战略问题。发展低空无人飞行器航测遥感系统是提高测绘现势性的迫切需要，是做好应急救急工作的迫切需要，是构建数字中国、数字城市建设的迫切需要。基于此，本文主要对无人机航空摄影测量系统及应用进行分析探讨。 关键词：无人机；航空摄影；测量系统；应用 1、前言 航空数字摄影测量是基础地理信息采集的最有效手段之一。随着计算机技术的发展和微处理机的广泛应用，政府各部门对测绘资料的需求越来越大，对资料现势性要求越来越高，对资料所能包涵的信息容量越来越多。无人机航空摄影测量作为一种新型的测量方式不断呈现在大家的面前，伴随着高科技技术环境下测绘技术与测绘装备的快速发展，融合了无人机技术、航空摄影技术、移动测量技术、数字通信技术等一系列新兴技术形态的无人机航空摄影测量系统成为防灾减灾的重要手段，它建立起一整套综合应急测绘保障服务系统。 2、无人机航空摄影测量系统 目前，国内已经投入使用的无人机航空摄影测量系统有“华鹰”、“飞象”、“QuickEye”等。无人机航空摄影测量系统主要由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括机载系统和地面监控系统；软件系统则涵盖了航线设计、飞行控制、远程监控、航摄检查、数据预处理等五个主要的系统。 2.1硬件系统 2.1.1无人机机载系统 在整个无人机航空摄影测量系统构成中，无人机作为主要的系统搭载平台，是整个系统集成与融合的重要基础。这一硬件系统主要由无人机、数字摄影系统、导航与飞行控制系统、通信系统等部分构成。在该系统工作的过程中，整个系统会按照预先设定的航线进行相应的自主飞行，并且完成预先设定的航空摄影测量任务，同时实时地把飞机的速度、高度、飞行状态、气象状况等参数传输给地面控制系统。 2.1.2地面飞行监控系统 这一分支系统是影响飞行平台运行的重要因素，主要有电子计算机、飞行控制软件、电子通信控制介质和电台等设备。在飞行平台的运行过程中，地面飞行控制系统可以据无人机飞行控制系统发回的飞行参数信息，实时在地图上精确标定飞机的位置、飞行路线、轨迹、速度、高度和飞行姿态，使地面操作人员更容易掌握无人机的飞行状况。 2.2软件系统 2.2.1航线设计软件 航线设计在无人机航空摄影测量系统中扮演着十分重要的角色，其直接决定了整个系统工作的方向和精准度。这一分支系统作为信息采集的关键步骤，需要对于系统运行经过的作业范围、地形地貌特点、属性精度要求、摄影测量参数以及摄影测量的结果进行综合设定。航线设计软件需要对相关的工作参数进行综合设定，诸如计算行高、重叠度和地面分辨率等飞行参数，进而获得飞行所需的曝光点坐标、基线长度等参数。此外，航线设计软件还有一个十分重要的功能，那就是对于设计好的航线进行检查，诸如：航线走向、摄影基面、行高、地面分辨率和像片重叠度等。 2.2.2数据接受与预处理系统 这是无人机系统中最为重要的软件系统，也是无人机航空摄影测量系统室外作业的最后一步，直接影响到后续的图像数据处理质量。一般情况下，无人机航空摄影测量系统在影像获取过程中，由于受外界和内部因素的影响，可能降低获取的原始图像的质量。为避免原始图像后续处理的质量问题，在影像配准、拼接之前，必须对原始影像进行预处理。这一预处理的过程，先后涵盖了图像校正、图像增强等方面。 3、项目应用实践 3.1工程概况 井山水库位于抚河流域东乡河南港支流黎圩水上游，地处江西省抚州市东乡县黎圩镇内，坝址位于南港支流东乡县黎圩镇井山村上游河段1.0km狭谷段，坝址区距黎圩镇约5km，距东乡县县城约25km，控制流域面积25.2km2，正常蓄水位83.00m（黄海高程，下同），总库容2250×104m3，是一座灌溉、供水等综合效益的中型水利枢纽工程。 3.2外业测量 3.2.1航摄 航摄仪采用Sonya7R，焦距35mm，相幅大小为：7360×4192，像元分辨率为4.88um。本次无人机航摄分两个架次进行，由GPS领航数据计算相对飞行高度为724m，地面分辨率为0.09m，航摄面积约10km2。两个架次飞行质量和影像良好，影像清晰度较高，且照片色彩均匀，饱和度良好，能够表达真实的地物信息，可以满足1:2000成图要求。本次飞行航向重叠度为75%，旁向重叠度为50%。 3.2.2像控测量 像控点的布设应能够有效控制成图的范围，测区的四周及中心位置必须布设控制点，根据测区的情况，每个测区布设控制点20多个，且都设置为平高点。 3.2.3空中三角测量 本项目采用SVS软件进行空三加密，根据航空飞行及影像分布情况，将空三区域分为两个加密区域网采用自动与手动相结合的方式进行空三加密，即采用自动匹配进行像点量测，剔除粗差。人工调整直至连接点符合规范要求，保证在2/3个像素以内。加入外业像控点对本

无人机数据传输系统-手册

1.概论： 无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点: （1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。 （2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 （3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。 （4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。

（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 （6）研制综合训练系统。技术要求有: （1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等； （2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等； （3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分: （1）飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 （2）数据链系统 包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 （3）任务设备系统 包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。

汽车自动控制系统

汽车自动控制系统 ESP电子车身稳定装置 ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。 ESP系统包含ABS（防抱死刹车系统）及ASR（防侧滑系统），是这两种系统功能上的延伸。因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。有ESP与只有A BS及ASR的汽车，它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向（转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。当然，任何事物都有一个度的范围，如果驾车者盲目开快车，现在的任何安全装置都难以保全。 ASR加速防滑控制系统 ASR-Acceleration Skid control system 加速防滑控制系统, 或 Acceleration Stabilit y Retainer加速稳定保持系统,顾名思义就是防止驱动轮加速打滑的控制系统, 其目的就 是要防止车辆尤其是大马力的车子, 在起步、再加速驱动轮打滑的现象, 以维持车辆行驶方向的稳定性, 保持好的操控性及最适当的驱动力, 达到有好的行车安全。但是您可能并不清楚为什么轮胎打滑会造成车辆行驶方向的不稳定呢！其原因与煞车时ABS会避免轮胎锁死的道理是相同的, 主要是轮胎能产生的力量在同一负载是有一定的, 一般轮胎除了要产生使车辆前进的驱动力外, 也要产生使车辆转弯的转向力, 或者是使车辆停止的煞车力, 因此不论是单纯产生驱动力、转向力、煞车力, 或同时产生驱动力及转向力、煞车力及转向力, 其轮胎产生的总合的力量在某一负载条件下是一定的, 也就是说当前进急起动造成轮胎打滑时, 而此打滑的现象系指轮胎所有的抓地力全部用在驱动力上, 因此此时能控制车子转弯的转向力, 由於力量全部被驱动力使用掉, 因此将会失去使车辆转弯或保持车行方向的转向力, 因而会造成车行方向不稳定的现象。 ABS防抱死制动系统

无线智能照明控制系统使用说明书

无线智能照明控制系统使用说明书

目录 特别注意事项 (1) 一、总体介绍 (1) 二、产品型号 (2) 三、功能特点 (2) 四、触摸开关使用说明 (3) 4.1 正面功能 (3) 4.2 背面功能 (3) 4.3 安装步骤 (4) 4.4 使用说明 (5) 4.5 技术指标 (5) 五、情景面板使用说明 (5) 5.1 正面功能 (6) 5.2 背面功能 (6) 5.3 安装步骤 (6) 5.4 情景面板学习 (6) 5.4.1 清码学习 (7) 5.4.2 一个触摸开关学习 (7) 5.4.2.1 单路学习 (7) 5.4.2.2 两路学习 (7) 5.4.2.3 三路学习 (8) 5.4.3 两个触摸开关学习 (8) 5.4.4 三个触摸开关学习 (8) 5.4.5 三个以上触摸开关学习 (9) 5.5 技术指标 (9) 六、智能无线遥控器使用说明 (9) 6.1 功能说明 (10) 6.2 无线遥控器学习 (10) 6.2.2 主功能控制学习 (11) 6.2.2.1 “0～9”按键学习 (11) 6.2.2.2 总开学习 (11) 6.2.2.2 总关学习 (11) 6.2.3 场景控制学习 (12) 6.3 特殊功能控制 (12) 6.4 技术指标 (13) 七、常见问题解答 (13) 八、售后服务保证 (16)

非常感谢您选购“闽冠”无线智能照明控制系统系列产品，本产品适用于家居、办公室、商场、酒店、学校、医院、仓库等需要灯具照明控制的场所。本产品依据国际电工惯例，采用先进的电子线路设计，产品性能更稳定，质量更可靠。为了确保产品的正常使用，请在安装使用之前认真阅读下面操作说明。 特别注意事项 1、严禁直接将零线和火线同时接入触摸开关。 2、严禁将超过250V的电压接入触摸开关。 3、本产品不具备防水功能，请保持产品干燥； 4、非专业人士请不要自行拆装，否则后果自负； 5、请不要长按本产品触摸面板，这样会造成对码数据被清除。 6、安装遥控器电池请注意极性：金属片为正极（+），弹簧为负极（-），电池装反会损坏遥控器。 7、在遥控器使用过程中如发现遥控距离变近，指示灯变暗，则需及时更换电池。 8、利用情景面板进行情景控制时，当相关情景灯较多时，情景控制按键按住的持续时间要稍长一些，否则有些灯接收不到控制信号，一般2～3秒即可。 9、利用无线遥控器进行场景控制时，当相关场景灯较多时，场景控制按键按住的持续时间要稍长一些，否则有些灯接收不到控制信号，一般2～3秒即可。 10、进行总开总关控制时，当控制灯较多时，总开总关按键按住的持续时间要稍长一些，否则有些灯接收不到控制信号，一般2～3秒即可。 11、1个触摸开关无论几路，最多只能学习16个遥控代码。比如说1个3路触摸开关配2个12键遥控器，当触摸开关学了其中一个遥控器上的12个按键时，则另一个遥控器上只有4个按键能学进这个触摸开关，其他按键是学不进的。