一种四旋翼地面站系统设计与实现

摘要

矿山井下环境的复杂多变造成重大伤亡事故不断发生，为了及时实施救援，有效避免事故井下未知环境对救护队员的次生伤害成为亟待解决的问题。本文在研究了以往的救援方法后，提出了基于自主飞行器布放的矿山救援灾变环境评估系统。该环境评估系统包含三大模块：四旋翼飞行器硬件、机载系统软件和地面站软件。四旋翼飞行器在执行飞行任务的同时，负责采集各种业务数据。机载系统完成两方面的任务，一是将采集到的业务数据打包发送给地面站，二是实时接收地面站的飞行预控制指令，经过解析后下达详细飞行任务给飞行器。地面站作为整个系统的监控和指挥中心，主要完成对飞行器飞行状态的监控、井下环境状态的评估和飞行预控制指令的发送。
　　本文研究的重点内容是矿山救援灾变环境评估系统中地面站软件的设计与实现。地面站作为整个系统的监控和指挥中心，通过无线网络与机载系统建立通信连接后，完成三个方面的任务。一是通过无线网络实时接收机载系统发送的业务数据，并对其进行解析、显示和存储。其中的业务数据是指飞行姿态参数和环境参数。飞行姿态参数包括仰角、滚角、仰角加速度、滚角加速度、Z轴加速度、飞行高度、气压值、罗盘值、电源电压值、遥控器通道控制量等。环境参数包括井下环境温度、CH4浓度、O2浓度等多种可燃性气体浓度。二是对井下环境参数的爆炸性进行实时分析。根据环境参数，结合瓦斯爆炸三角形理论对井下环境的爆炸危险性进行评估并给出评估结果。三是对飞行器的飞行状态和轨迹进行预控制。地面站通过无线网络发送飞行预控制指令给机载系统，机载系统接收到飞行预控制指令后，经过指令解析指挥四个电机转速，在一定程度上完成对四旋翼飞行姿态的预控制。地面站软件基于Windows平台，选用Visual Studio2008集成开发环境下的C＃语言来编写。
　　目前，地面站模块化的功能已经基本实现，并通过实验测试验证了该地面站可以满足课题的基本要求，同时具有很好的扩展性和实时性。

目录

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1绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3论文主要工作及结构安排

1.4 本章小结

2 四旋翼飞行器地面站设计相关技术理论

2.1 四旋翼飞行器飞行特点及原理

2.2 四旋翼飞行控制技术

2.3 MK四旋翼无人机平台

2.4 瓦斯爆炸三角形理论

2.5 本章小结

3 四旋翼飞行器地面站总体设计方案

3.1 救援系统总体设计方案

3.2 地面站总体设计方案

3.3 本章小结

4四旋翼飞行器地面站软件设计和实现

4.1 地面站软件的设计要求

4.2 地面站软件开发环境

4.3 基于MK平台的飞行状态相关数据定义

4.4 主要功能模块设计与实现

4.5 本章小结

5 系统测试

5.1 测试环境

5.2 地面站子模块测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 论文研究的不足与展望

致谢

参考文献

附录