摘 要针对以往用来控制无人机飞行的地面站系统大多数为桌面系统，存在移动性差和抗干扰性差的问题，不利于无人机的控制和应用。本课题设计了一个基于ARM-Cortex M控制的无人机地面遥控器，遥控器系统采用了STM32F103C8T6作为主控单元(Microcontroller Unit, MCU)，主要使用了模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter, ADC)和直接存储器访问(Direct Memory-Access, DMA)外设技术，实现对电压信号的采集、转换、传输。同时使用无线通信模块NRF24L01+和无人机进行实时通信，通过有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)显示屏实现人机交互功能。遥控器系统还能够实时显示无人机的飞行参数和通信状态等主要数据。基于ARM-Cortex M的无人机地面遥控器的设计，将传统笨重的无人机地面站系统简化为手持遥控器的形式，易于携带。使用手持遥控器来操控无人机的飞行，同时也去掉了不必要的操作过程而且比现有技术价格低。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外发展趋势及研究现状 2
1.3主要研究内容 3
1.4章节安排 3
1.5本章小结 4
第二章 系统方案设计 5
2.1系统设计的总体要求 5
2.2系统方案的分析 5
2.3系统总体方案设计 5
2.4本章小结 7
第三章 系统硬件设计 8
3.1 硬件总体设计 8
3.2 电压采集模块的设计 8
3.2.1 MCU芯片选型 8
3.2.2摇杆和按键接口电路的设计 9
3.3无线传输模块的设计 10
3.3.1无线通信芯片选型 10
3.3.2通信模块的外围电路设计 10
3.4人机交互界面的设计 11
3.4.1显示芯片的选型 11
3.4.2显示模块的外围电路设计 11
3.5输入输出接口模块的设计 12
3.5.1  *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ￥351916072￥ 
USB2.0接口芯片 12
3.5.2 SWD仿真下载接口 12
3.6系统电源模块的设计 13
3.6.1模拟部分的电源设计 13
3.6.2数字部分的电源设计 13
3.7硬件可靠性的设计 14
3.7.1硬件电路板结构设计 14
3.7.2系统PCB设计 14
3.8本章小结 15
第四章 系统软件设计 16
4.1遥控器软件部分程序设计 16
4.1.1摇杆电压采集转换设计 17
4.1.2无线通信编程设计 17
4.1.3液晶显示界面设计 18
4.2遥控器与四轴无线通信 18
4.3本章小结 19
第五章 系统调试与分析 20
5.1硬件测试 20
5.2软件测试 20
5.3系统测试 20
5.3.1单元测试 20
5.3.2整体测试 21
5.4本章小结 21
第六章 总结与展望 22
6.1总结 22
6.2展望 22
致谢 23
参考文献 24
附录A 电路原理图 25
附录B PCB布局布线图 26
附录C PCB版图 27
附录D 部分软件代码 28
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
“无人机”(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)是通常指飞行器上没有人员，大多依靠飞行器上的自动驾驶装置或者通过笨重的地面基站系统发送控制信号来达到自主或半自主飞行的机器[1]。根据无人机设计的结构不同，大多数可以分为三类旋翼无人机、固定旋翼无人机、无人飞艇[1]。旋翼无人机是非常独特的飞行器，这类飞行器可以通过无线遥控器发送指令达到控制无人机飞行姿态的变化或者提前设置好飞行指令，启动后能够按照预定轨迹飞行。一般无人机在飞行中，可以通过控制算法计算出相应的脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM）值来实现调节电机的转速，从而达到实时控制姿态的改变[2]。存在多个旋翼的无人机常常能够实现垂直起降、定点悬停、倒飞等飞行功能[3]，而且多旋翼无人机操控起来更加简单，对周边的环境要求不高。与以往单旋翼的无人机相比较，多旋翼的无人机设计的结构更加简单，从而大大的减少了制作成本和维护成本，飞行器上的单个旋翼设计的尺寸不大，因此能够达到减弱了自身飞行所产生的噪音，与此同时增加无人机的安全性能。多旋翼无人机与固定旋翼无人机相比较，多旋翼无人机更加容易起飞和停止，不像固定旋翼无人机那样需要较长的跑道来达到飞行的速度。近年来，自主和远程控制无人机的研究和发展在民用和军事应用中都具有重要意义[3]。随着图像处理、无线通信、人工智能等领域的快速发展，对多个旋翼无人机的应用更加广泛并且涉及的领域更多，主要使用在航拍测绘、环境监测、农药喷洒、反恐侦察、植保、通信中继等多个领域[4]。四旋翼的无人机作为多旋翼无人机中的一种。飞行器按照三维空间计算有六个自由度，但是只有四个控制输入，是非线性欠驱动控制系统[9]。它具有结构设计简单、操作起来灵活、体积较小和低损耗[5]等特点。
无人机的地面监测控制系统，是无人机的监测中心和命令控制中心。随着无人机的发展，为了弥补无人机无载人即无人员在飞机上控制这一缺失，实现远程监视无人机的飞行数据和对其进行控制[6]。人们根据需求开发了各类地面站，来实现对无人机进行监控，在需要时实施相应的处理，从而保证无人机飞行和执行任务的安全。地面站作为指挥控制的中心，它监测和控制的方面有：飞行数据、飞行参数、飞行过程、飞机航迹、所执行的任务，通讯链路的正常运作，以及飞机的起飞和降落。在完成基本任务的基础上，要求能够处理各种未知的突发状况，适应各类环境。预计未来地面站将更完善，指挥中心更高级，传输数据更有效，互联网的融入也会发挥其强大作用[6]。
经过调研，以往的四轴无人机地面控制站[7]多数为桌面应用系统，存在移动性差、抗干扰能力差的问题，不利于无人机的控制与应用。目前国内外智能化的移动终端系统作为无人机的控制系统，变得越来越被人们所喜爱和接受。智能化的移动终端主要的优点在于控制范围大、移动性能好、操作更加方便。本课题设计目的就是将以前移动性差的无人机地面站系统简化为手持遥控器的形式，易于携带[6]。并且通过使用手持遥控器来操控无人机的飞行，同时也去掉了不必要的操作过程而且比现有技术更先进、价格低廉。

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