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创新项目申请书参考.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.18M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    4.小组成员学习努力，刻苦耐劳，其中陈伟同学获得过优秀团干，优秀团员，对单片机和C语言有较好的掌握，
    编号： 校级大学生创新性实验计划项目 申 报 书 项 目 名 称： 关于无线图像传输技术的研究 申 请 者： 陈伟 所 在 院 系： 电子科学与技术学院 专 业 年 级： 08 级测控技术与仪器专业 指 导 教 师： 苏亚辉 起 止 时 间： 2010 年 8 月 1 号——2011 年 5 月 20 号 联 系 电 话： 13705609430 电 子 信 箱： weichen618@sina.com 申 报 时 间： 2010 年 5 月 15 日
    项目名称 申请经费 无线图像传输技术的研究 2700 元 起止时间 2010 年 8 月 1 号—2011 年 5 月 20 号 学号 姓名 年级 所在院系、专业 联系电话 E-mail P60814028 陈伟 08 级 电院 13705609430 weichen618@sina.com 测控技术与仪器 P60814020 汪翀宇 08 级 电院 13739259438 971539521@qq.com 测控技术与仪器 P60814044 李明升 08 级 电院 13705694375 1010833658@qq.com 测控技术与仪器 P60814012 王子鹏 08 级 电院 15056098559 344322767@qq.com 测控技术与仪器 P60814024 吴宁 08 级 电院 13866736723 572990523@qq.com 测控技术与仪器 姓 名 职 称 所在院系 联系电话 E-mail 苏亚辉 副教授 电子科学与技术学院 13955183795 负 责 人 参 加 成 员 指 导 老 师 1
    一、项目申请理由 项目背景 对于科技日新月异，电子信息产业迅猛发展的今天，无线通信在机动性要求较强的设 备中或人们不方便随时到达现场的条件下得到了越来越广泛的应用。随着 Internet 的快速增 长和无线接入技术的惊人发展,人们对无线多媒体传输表现出巨大的需求。无线图像传输系 统从应用层面来说分为两大类，一是固定点的图像监控传输系统，二是移动视频图像传输 系统。固定点的无线图像监控传输系统，主要应用在有线闭路监控不便实现的场合，比如 港口码头的监控系统、河流水利的视频和数据监控、森林防火监控系统、城市安全监控等。 而移动视频图像传输则主要应用于军事领域安防领域以及很多紧急、应急的场合。本项目 以小型直升飞机为载体，利用 STC 单片机控制飞机飞行并利用无线图像传输技术实现小范 围监控。 本项目研究主要有以下意义： 1. 在项目实践过程中不断发现问题，解决问题，提高自身能力并培养团队协作精神。 2. 掌握基本直升机模型的飞行动力原理与控制原理，为其进行图像信息采集并最终 实现实时监控奠定基础。 3. 利用 STC 系列单片机技术解决飞机飞行控制问题。目前出现的增强学习型 PID 控 制方法的研究与应用，为现代生产与生活带来了巨大便捷。通过此项目，了解此 控制方法的原理，并将其运用到实际中去。 4. 无线图像传输技术在军事、公安、消防等关乎国计民生的重要方面有着非常广阔 的应用前景。学习并掌握无线图像传输技术原理，将有利于解决现实生活中的实 际问题。 5． 将飞机飞行系统和无线图像传输系统结合起来，是对实验室前人研究成果的继承 和发展。 自身具备的知识 通过对本专业的课程的学习及相关课程的提前学习,小组成员掌握了本课题所需求的基 本知识和基本技术. 1.熟练的掌握了课题软件编程所使用的 C 语言以及对 STC 单片机的控制语言。 2.了解了 STC 单片机的数据结构和编码方式，并能通过编写语言控制其输出和输入进而 达到控制单片机的目的。 3.自学 protel 和 multisim 等软件进行电路的仿真，并学会了用这些软件画出实际的电路 板。 4.小组成员学习努力，刻苦耐劳，其中陈伟同学获得过优秀团干，优秀团员，对单片机 和 C 语言有较好的掌握，同时还参加过创新实验室的实训项目，提前学习了关于 protel 和 multisim 等软件具体操作，制作过数字万用表。王子鹏同学会利用 Dreamweaver 制作静态 网页，参加过校级网页设计大赛或得过三等奖，可以用 C 语言编程 ，能够熟练使用 AutoCAD 制图 Multisim 仿真软件 protel 画电路原理图及制板 keil 单片机编程 proteus 单 片机仿真。吴宁同学曾参加过安徽大学第四届科技节第一届滑翔机大赛 团队第三名，并 参加过安徽大学机器人比赛。李明升同学曾获得过暑期社会实践校级先进个人，学校举办 的滑翔机制作比赛中获得过二等奖，参加过创新实验室的创新实验室培训。汪翀宇同学已 掌握 AutoCAD 制图 Multisim 仿真软件 protel 的使用和 keil 单片机编程并掌握了一定的 CCD 传感器知识。 2
    二、项目研究内容 国内外本项目的研究状况： 尽管已有相当多的无线通信标准和商用产品相继推出,但想利用无线图像传输技术提 供高质量的视频服务依然是个充满挑战的难题。这是因为视频图像的采集端和监控接收端 通常都是处于移动状况，而视频信息往往数据量很大，无线信道传输机制又特别复杂，同 时用户终端的需求却又要求图像传输实时性好，清晰度高。这就促使着无线图像传输技术 向数字化，网络化，智能化，集成化和移动化方向发展，还要求其有较强兼容性。 目前对于固定无线图像传输通常采用成本较低的 WLAN 技术产品；而对于移动视频图像 传输则采用公众移动网络（如 CDMA、GPRS 等）或专用无线图像传输技术。 目前无线图像传输技术主要的问题在于以下几点：一、无线数据在传输过程中会受到 空间电磁波的干扰，其准确度难以保证；二、无线数据传输速度不甚理想，目前尚未达到 要求；三、随着技术不断进步，数据传输速度在提高的同时，对于处理器以及处理算法的 要求也变得越来越高。如何研究出适应技术发展的高性能处理器和算法是人们亟待要解决 的问题。 现 行 的 无 线 图 像 传 输 多 采 用 JPEG2000 标 准 ， 在 使 用 小 波 转 换 （ WAVELET TRANSFORM）为主的解析编码方式的基础上，提供崭新的图象编码系统以满足图像无线 传输的需要。JPEG2000 能实现渐进传输，它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不 断提高图像质量；JPEG2000 采用了算术编码。具有很强的容错性，由 EBCOT 生成的嵌入 码也具有高容错性。因此在无线图像监控系统中，选用 JPEG2000 标准进行图像压缩，这 种编码能很好的适应无线网络的传输。 尽管技术难题很多，但是国内外对这一课题的研究仍然取得了很多实质性的突破，并 开始大量运用到实际应用领域。 研究内容的方法 加载无线图像传输模块的小型监控直升机采用STC12C5410AD芯片作为运算与控制 核心，并搭载利用由ATmega16单片机和无线数据收发器nRF905制成的无线数据传输系统， 实现小范围监控。在得到控制命令后，飞机开始侦察飞行。同时，由信号采集端采集到的 信号将通过无线数据传输系统实时地传送到地面接收端。这样地面观察者就可以通过显示 终端界面监测周围情况了。 本项目由两个系统组成：飞机飞行系统和无线数据传输系统。具体研究方案如下部分 所示。 一、飞机飞行系统 1.遥控器模块 飞机模型共有起飞、前进、后退、左转、右转、悬停与降落等七个动作，这些都是由 操作者通过遥控器来实现的。本项目利用三位数据进行二进制编码来实现上述动作。 遥控器主要由指令转化和发射模块，飞行参数接收与显示模块两部分构成同时飞机上 的各方向加速度、角速度、电池电量等信息也会反馈回遥控器，并且由小液晶屏显示。。 其中无线遥控模块框图如图1所示。飞机参数接收与显示模块将主要依赖发射机与接收机 进行工作。两者的参考电路原理图如图2所示。 3
    图1 无线遥控模块框图 图1 无线遥控模块框图 图 2 发射机（左）、接收机（右）参考电路原理图 图 2 发射机（左）、接收机（右）参考电路原理图 上述过程涉及到的编码和解码问题通过专门的编码和解码芯片PT2262、PT2272来解决。其 特点如下：1、CMOS工艺制造，低功耗；2、外部元器件少；3、使用RC振荡电阻；4、工 作电压范围宽：2.6-15V；5、应用范围广。PT2262传输数据最多可达6位，地址码最多可 达531441种。PT2272接收到信号，其地址码经过两次比较核对以后，VT脚才输出高电平， 与此同时相应的数据脚也输出高电平。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，处 于闲置状态；当有按键按下时，PT2262 处于工作状态，PT2272接收到信号以后将对控制 命令进行解码，并将信号传输给核心运算与控制模块。 2.核心运算及控制模块 以STC系列单片机STC12C5410AD为核心，加上一部分外围电路及接口构成。实现的 4
    主要功能是控制指令的接收和执行，三轴向加速度信号和角速度信号的接收和计算处理， PID控制算法的执行等。从飞机的起飞到正常飞行的过程中，它将不断计算由处理传感器 传来的加速度和角速度信号，并且输出平衡所需要的PWM控制波形。在接收到控制指令 时，由解码电路译出相应控制信号，模块暂停平衡处理，转向执行控制指令，并把飞行信 息传回遥控器。在飞行过程中，系统会自动检测电源电压，当电压低于某一值时，便会发 出报警信号通知遥控者。核心运算及控制方框图如下图3所示。 3.飞行姿态传感模块 图 3 核心运算及控制方框图 该部分电路由加速度传感器 MMA7260QT 和角速度传感器 ENC-03MA 及少量电容电 阻组成。 MMA726OQT是一个三轴小量程加速度传感器模块。MMA726OQT的灵敏度可通过 g-Select1和g-Select2来选择。最高灵敏度可达800mV／g。工作电压低、可工作电压范围宽 (2l2～3．6V)、功耗小(0．5mA，在睡眠状态只有3pA)，非常适合电池供电的应用。另外， 小尺寸封装，重量也很轻，还可以根据需要选择灵敏度。 4.无刷电机及其驱动模块 飞机的电机采用直流无刷电机。无刷电机采用三相全桥驱动电路，使用六个 N 沟道的 MOSFET 管(Q1～Q6)做功率输出元件，工作时输出电流可达数十安。经过一定的外围电路 控制功率 MOSFET 的开关时间，从而控制电机的转速。为便于描述，该电路有以下默认 约定：Q1/Q2/Q3 称作驱动桥的“上臂”，Q4/Q5/Q6 称作“下臂”。三项全桥驱动电路如下图 4 所示。 5
    图4 三相全桥驱动电路 图中R1/R2/R3为Q1/Q2/Q3的上拉电阻，连接到二极管和电容组成的倍压整流电路，为 上臂驱动管提供两倍于电源电压(2×11V)的上拉电平，使上臂MOSFET在工作时有足够高 的VGS压差，降低MOSFET大电流输出时的导通内阻，详细数据可参考MOS管数据参数表。 因为大电流N沟道MOS可供选择的型号众多，货源充足便于购买，使用的MOSFET类 型减少，间接降低采购元件的难度，所以驱动桥全部选用N沟道MOSFET。 直流无刷电机通过三相桥式逆变电路驱动，并利用 F2812 输出的 PWM，而后经过一 定的外围电路控制功率 MOSFET 的开关时间，从而控制电机的转速。飞机上有 XYZ 三方 向的电机，Mz 是主旋翼电机，带动直升机的主旋翼，控制着直升机的升／降。 二、无线图像传输系统 无线图像传输系统主要由系统硬件和系统软件两大部分组成，它基于微功耗单片射频 收发器 nRF905 设计，以 8 位微处理器 ATmega16 为主处理芯片，完成数据的处理和控制。 该系统由外部数据设备和无线数据传输模块组成。系统框图如下图 5 所示。 图 5 无线图像传输模块系统框图 数据传输系统电路部分则主要由电源与复位电路、外部数据设备接口电路、单片机系 统和 nRF905 应用电路等几部分组成。 数据在系统中的传输过程大体如下：当摄像头有数据传输或需要设置设备参数时，通 过串口将数据发送给单片机。单片机接收数据后，将需发送的数据(这里包括目标设备地址 和所要发送的数据)通过 SPI 接口发送给 nRF905。nRF905 将数据加前导码和 CRC 码，将 数据包发送。当 nRF905 接收到有效数据后，DR 置高，单片机检测到 DR 为高电平后，复 位 TRX_CE 引脚，使 nRF905 进入空闲模式，通过 SPI 接口从 nRF905 中读出接收数据， 然后通过 USART 传送给 PC 机。 6
    软件功能模块由 CPU 寄存器初始化、串行口初始化、串口收发送程序、SPI 初始化、 SPI 收发送程序、I／O 口初始化、nRF905 配置寄存器操作、nRF905 接收程序、发送程序、 主程序模块组成。拟主程序流程图如图 6 所示。 图 6 拟主程序流程图 经过上面的硬件和软件部分之后，我们通过摄像头所采集到的图像信号将实时地显示 在我们的显示终端——PC 机界面上。这时我们就可以利用实时监控到的信息进行相关操 作了。我们可以利用它进行小范围短距离监控、对突发事件等。经过技术拓展可以将其运 用到远程控制领域，如军事领域里的侦察，小小的直升机将发挥无穷无尽的作用。 项目的观点 遥控部分采用常用的解码编码无线结构，其稳定性与操作速度值得肯定。主核心运算 部分采用的是控制领域内占主导地位的 STC 系列芯片，用其实现复杂算法的运算及各种控 制是可行的。电机均采用无刷电机，在动力问题及解决各方向的运作上，从力学角度上来 说是可行的。而 PID 控制亦可减小稳态误差，维持机身稳定。飞机的最大负重不超过 1.5Kg， 飞机升力足以支持其在空中飞行。无线图像传输模块基于单片机射频收发器 nRF905 设计， 采用 8 位微处理器 ATmegal 为主处理芯片，并配合软件部分的设计，是能够实现图像实时 无线传输的。JPEG2000 以帧为单位进行帧内编码，大大提高了抗误码的能力，码流容易 控制和编辑，并且软硬件实现简单，在无线情况下是可以实现的。 项目的特点 本项目利用三位数据进行二进制编码来实现对飞机的飞行动作的控制。遥控器主要由 指令转化和发射模块，飞行参数接收与显示模块两部分构成同时飞机上的各方向加速度、 角速度、电池电量等信息也会反馈回遥控器，并且由小液晶屏显示。 无线图像传输系统主要由系统硬件和系统软件两大部分组成，它基于微功耗单片射频 收发器nRF905设计，以8位微处理器ATmega16为主处理芯片，完成数据的处理和控制。该 系统由外部数据设备和无线数据传输模块组成。 7
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