| 摘要 | 第2-5页 |
| abstract | 第5-8页 |
| 1 绪论 | 第15-29页 |
| 1.1 研究背景及意义 | 第15-17页 |
| 1.2 研究状况 | 第17-24页 |
| 1.2.1 国外无人机现状 | 第17-21页 |
| 1.2.1.1 国外无人机发展现状 | 第17-20页 |
| 1.2.1.2 国外无人机的农业应用 | 第20-21页 |
| 1.2.2 国内无人机现状 | 第21-24页 |
| 1.2.2.1 国内无人机发展现状 | 第21-22页 |
| 1.2.2.2 国内无人机的农业应用 | 第22-24页 |
| 1.3 存在问题 | 第24-25页 |
| 1.4 研究内容 | 第25页 |
| 1.5 关键技术、总体方案与技术路线 | 第25-28页 |
| 1.5.1 关键技术 | 第25-26页 |
| 1.5.2 总体方案与技术路线 | 第26-28页 |
| 1.6 本章小结 | 第28-29页 |
| 2 四旋翼无人机开源项目 | 第29-46页 |
| 2.1 四旋翼无人机开源项目硬件 | 第31-33页 |
| 2.2 四旋翼无人机开源项目软件 | 第33-36页 |
| 2.2.1 姿态估算 | 第33-34页 |
| 2.2.2 控制结构 | 第34-36页 |
| 2.2.3 控制策略参数 | 第36页 |
| 2.3 开源项目比较 | 第36-37页 |
| 2.4 APM飞控调试飞行 | 第37-45页 |
| 2.4.1 APM飞控系统组成 | 第37-39页 |
| 2.4.2 地面站Mission Planner调试 | 第39-41页 |
| 2.4.3 数据传输模块及GPS调试 | 第41-42页 |
| 2.4.4 终端调试 | 第42-43页 |
| 2.4.5 飞行试验及数据分析 | 第43-45页 |
| 2.5 本章小结 | 第45-46页 |
| 3 基于农田信息采集的多旋翼无人机飞控硬件系统设计 | 第46-79页 |
| 3.1 多旋翼无人机平台构建 | 第46-49页 |
| 3.1.1 机架选型 | 第46-47页 |
| 3.1.2 电池选型 | 第47页 |
| 3.1.3 电机选型 | 第47页 |
| 3.1.4 电调选型 | 第47-48页 |
| 3.1.5 螺旋桨选型 | 第48-49页 |
| 3.1.6 运动相机 | 第49页 |
| 3.2 飞行控制系统构建 | 第49-50页 |
| 3.3 STM32F407主控制器 | 第50-61页 |
| 3.3.1 浮点单元 | 第51页 |
| 3.3.2 系统滴答定时器SysTick | 第51-52页 |
| 3.3.3 系统中断定义及管理 | 第52-54页 |
| 3.3.4 GPIO引脚复用 | 第54-58页 |
| 3.3.5 设置I2C接口 | 第58页 |
| 3.3.6 设置USART接口 | 第58-59页 |
| 3.3.7 设置SPI接口 | 第59-60页 |
| 3.3.8 PWM输入捕获定时器TIM3与TIM4 | 第60页 |
| 3.3.9 PWM输出定时器TIM1 | 第60-61页 |
| 3.4 位姿检测系统构建及位姿传感器原理 | 第61-78页 |
| 3.4.1 位姿检测系统构建 | 第61-62页 |
| 3.4.2 6轴传感器MPU6050 | 第62-64页 |
| 3.4.3 磁强计AK8975 | 第64-66页 |
| 3.4.4 气压计MS5611 | 第66-71页 |
| 3.4.5 超声波传感器 | 第71-77页 |
| 3.4.5.1 超声波传感器MB1240 | 第71-74页 |
| 3.4.5.2 超声波传感器US-100 | 第74-77页 |
| 3.4.6 LED设置 | 第77-78页 |
| 3.5 本章小结 | 第78-79页 |
| 4 基于模糊-比例积分偏差修正的姿态测算 | 第79-102页 |
| 4.1 多旋翼无人机受力与运动分析 | 第79-89页 |
| 4.1.1 多旋翼无人机旋翼布局 | 第79-80页 |
| 4.1.2 坐标系定义 | 第80页 |
| 4.1.3 四元数定义 | 第80-82页 |
| 4.1.4 多旋翼无人机受力分析 | 第82-87页 |
| 4.1.4.1 无人机平移运动方程 | 第82-83页 |
| 4.1.4.2 无人机旋转运动方程 | 第83-87页 |
| 4.1.5 多旋翼无人机运动分析 | 第87-89页 |
| 4.2 传感器测量及校正 | 第89-91页 |
| 4.2.1 MPU6050陀螺仪测量与校正 | 第89-90页 |
| 4.2.2 MPU6050加速度计测量与校正 | 第90页 |
| 4.2.3 AK8975磁强计测量与校正 | 第90-91页 |
| 4.3 九轴传感器姿态信息融合 | 第91-95页 |
| 4.3.1 基于模糊-PI双模偏差修正方法 | 第93页 |
| 4.3.2 PI调节器设计 | 第93-95页 |
| 4.4 试验结果与分析 | 第95-100页 |
| 4.4.1 试验设备 | 第95页 |
| 4.4.2 静态试验 | 第95-97页 |
| 4.4.3 静态漂移观察试验 | 第97-98页 |
| 4.4.4 动态试验 | 第98-100页 |
| 4.5 本章小结 | 第100-102页 |
| 5 基于扩展卡尔曼滤波的姿态估计 | 第102-116页 |
| 5.1 卡尔曼滤波器 | 第103-104页 |
| 5.2 基于扩展卡尔曼滤波的姿态估计 | 第104-107页 |
| 5.3 扩展卡尔曼滤波器参数选定 | 第107-110页 |
| 5.4 试验结果与分析 | 第110-114页 |
| 5.4.1 静态试验 | 第110-112页 |
| 5.4.2 动态试验 | 第112-114页 |
| 5.5 本章小结 | 第114-116页 |
| 6 适用于农田信息采集的无人机姿态稳定控制系统 | 第116-142页 |
| 6.1 控制系统初始化与任务调度 | 第116-118页 |
| 6.1.1 控制系统初始化 | 第116-117页 |
| 6.1.2 控制系统任务调度 | 第117-118页 |
| 6.2 遥控器通道输入信号处理 | 第118-123页 |
| 6.2.1 输入信号有效性检查与输入控制量转换 | 第118-121页 |
| 6.2.2 遥控器输入信号一阶低通滤波处理 | 第121页 |
| 6.2.3 上锁与解锁操作 | 第121-122页 |
| 6.2.4 飞行模式切换处理 | 第122-123页 |
| 6.2.5 油门通道输入信号处理 | 第123页 |
| 6.3 双闭环姿态角度控制 | 第123-133页 |
| 6.3.1 PID控制原理 | 第124-125页 |
| 6.3.2 遥控器姿态通道输入控制量处理 | 第125页 |
| 6.3.3 PID参数调整 | 第125-128页 |
| 6.3.4 专家控制器 | 第128-133页 |
| 6.4 电机控制量输出 | 第133-134页 |
| 6.5 姿态控制试验 | 第134-141页 |
| 6.5.1 抗干扰试验 | 第134-136页 |
| 6.5.2 阶跃试验 | 第136-138页 |
| 6.5.3 实际飞行试验 | 第138-141页 |
| 6.6 本章小结 | 第141-142页 |
| 7 适用于农田信息采集的无人机高度控制系统 | 第142-163页 |
| 7.1 高度测量目的 | 第142-143页 |
| 7.2 气压计高度测量 | 第143-147页 |
| 7.3 超声波高度测量 | 第147-149页 |
| 7.4 高度控制 | 第149-160页 |
| 7.4.1 高度控制模式 | 第149页 |
| 7.4.2 多传感器信息融合的垂直加速度与速度测算 | 第149-151页 |
| 7.4.3 气压计垂直速度控制 | 第151-155页 |
| 7.4.4 超声波高度控制 | 第155-160页 |
| 7.5 高度控制飞行试验 | 第160-162页 |
| 7.6 本章小结 | 第162-163页 |
| 8 适用于农田信息采集的无人机数据处理 | 第163-185页 |
| 8.1 Flash存储器W25Q32 | 第163-166页 |
| 8.1.1 W25Q32的引脚描述 | 第163-164页 |
| 8.1.2 W25Q32的具体操作 | 第164-166页 |
| 8.2 FATFS数据管理 | 第166-174页 |
| 8.2.1 FATFS的移植 | 第167-169页 |
| 8.2.2 FATFS的用户函数 | 第169-172页 |
| 8.2.3 FATFS写入与读取控制系统参数 | 第172-174页 |
| 8.3 无线数据传输系统 | 第174-177页 |
| 8.3.1 无线数据传输系统设置 | 第175-176页 |
| 8.3.2 设置USART接口 | 第176-177页 |
| 8.3.3 设置SPI接口 | 第177页 |
| 8.3.4 LED设置 | 第177页 |
| 8.4 无线数据传输模块nRF24L01 | 第177-181页 |
| 8.4.1 nRF24L01的设置与工作 | 第178-179页 |
| 8.4.2 nRF24L01发送模式 | 第179-180页 |
| 8.4.3 nRF24L01接收模式 | 第180-181页 |
| 8.5 无线数据传输系统测试 | 第181-183页 |
| 8.6 无线数据通信协议 | 第183页 |
| 8.7 本章小结 | 第183-185页 |
| 9 结论与展望 | 第185-189页 |
| 9.1 论文工作总结 | 第185-187页 |
| 9.2 创新点 | 第187-188页 |
| 9.3 研究展望 | 第188-189页 |
| 致谢 | 第189-190页 |
| 参考文献 | 第190-195页 |
| 附录 | 第195页 |
