一種基于Android的無人機(jī)遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

湯澤軍

摘 要：采用STM32F07VCT6作為嵌入式MCU構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)控制器，應(yīng)用定位技術(shù)、獲取定位對(duì)象（無人機(jī)）的地理信息，通過GPRS或3G等與數(shù)字移動(dòng)終端進(jìn)行通信，從而能在數(shù)字終端的地圖上定位無人機(jī)的位置。該無人機(jī)遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信，無人機(jī)位置信息采集，位置信息傳輸，在數(shù)字地圖上進(jìn)行位置定位。

關(guān)鍵詞：STM32F07VCT6 遠(yuǎn)程定位 無人機(jī) 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（b）-0003-04

Design of a UAV Remote Location System Based on Android

Tang Zejun

（Changsha Aeronautical Vocational and Technical College， Changsha Hunan， 410124， China）

Abstract： Using STM32F07VCT6 as the embedded MCU construction site controller， positioning technology， positioning object （UAV） acquisition of geographic information， communication and digital mobile terminal through GPRS or 3G， which can locate the UAV's location on the map in digital terminal. The unmanned aerial vehicle remote location system mainly realizes the following functions： remote network communication， UAV position information collection， position information transmission， positioning on the digital map.

Key Words： STM32F07VCT6； Remote location； UAV； Remote network communication

無人機(jī)外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可在空中長(zhǎng)時(shí)間飛行，通過遠(yuǎn)距離控制可前往一些危險(xiǎn)、未探測(cè)領(lǐng)域，有效保障機(jī)操作人員的人身安全，無人機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域。GPS定位技術(shù)精度高、可靠性強(qiáng)、使用方便，也得到廣泛應(yīng)用?；跓o人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和GPS定位技術(shù)的發(fā)展，以無人機(jī)為搭載平臺(tái)，提出了基于Android的無人機(jī)遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。

定位技術(shù)是通過定位模塊或其他定位設(shè)備等定位信息，送到MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、處理而獲得地理位置數(shù)據(jù)的技術(shù)。目前，定位技術(shù)在工程安全監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、交通導(dǎo)航、目標(biāo)定位等方面得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)采用STM32F07VCT6作為嵌入式MCU構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)控制器，應(yīng)用定位技術(shù)、獲取定位對(duì)象（無人機(jī)）的地理信息。再通過GPRS或3G等與數(shù)字終端進(jìn)行通信，在數(shù)字終端的地圖上定位無人機(jī)的位置。通過系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與制作實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。

1 定位系統(tǒng)的技術(shù)要求

我國(guó)在20世紀(jì)50、60年代開始研制無人機(jī)，并在80年代開始對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用。雖然起步較晚，但是其發(fā)展速度非?？?，國(guó)內(nèi)研究學(xué)者幾十年來堅(jiān)持不懈的努力使我國(guó)在無人機(jī)技術(shù)方面得了一定科研成果，數(shù)十種無人機(jī)已經(jīng)作為靶機(jī)或偵察機(jī)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。無人機(jī)的定位功能，實(shí)際上就是確定某一目標(biāo)在某一參考坐標(biāo)系中的相對(duì)位置。該遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)的技術(shù)要求有兩點(diǎn)：一是要能獲取遠(yuǎn)程定位對(duì)象（無人機(jī)）的定位數(shù)據(jù)經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度信息；二是在數(shù)字終端的地圖上顯示定位對(duì)象（無人機(jī)），要求誤差在±10 m以內(nèi)。

2 遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件框圖

根據(jù)功能分析、總體框圖、系統(tǒng)硬件只需設(shè)計(jì)下位機(jī)的硬件電路。下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)定位信息采集與數(shù)據(jù)通信。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 主要器件選擇型

（1）GPS模塊選擇。

GPS模塊種類很多，品種齊全，從性價(jià)比角度考慮，選擇GR-87型GPS模塊。GR-87型GPS模塊采用SiRF第三代高靈敏度、低耗電量芯片StarIII。內(nèi)建ARM7TDMI CPU可符合客制需求。具備快速定位及追蹤20顆衛(wèi)星的能力，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)25 mm×25 mm×4 mm陶瓷GPS天線模塊。體積超小。芯片內(nèi)建200 000個(gè)衛(wèi)星追蹤運(yùn)算器，大幅提高搜尋及運(yùn)算衛(wèi)星訊號(hào)能力。內(nèi)建WASS/EGNOS解調(diào)器，低耗電量，具備有省電模式（Trickle-Power）功能，以及在設(shè)定的時(shí)間才啟動(dòng)的定時(shí)定位。支持NMEA018 3.22版本規(guī)格輸出。模塊規(guī)格特性如下，可用于機(jī)載導(dǎo)航。

（2）通信模塊選擇。

該設(shè)計(jì)選用無線網(wǎng)絡(luò)通信方式， WiFi模塊電路能提供一種將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)上，并提供UART串口等接口傳輸數(shù)據(jù)的解決方案，接口方式簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)中選用USR-WIFI232-T模塊，該模塊硬件上集成了MAC、基頻芯片、射頻收發(fā)單元以及功率放大器；嵌入式的固件則支持Wi-Fi協(xié)議及配置，以及組網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議棧，是一款一體化的803.11 b/g/n Wi-Fi的低功耗模塊。

（3）硬件電路搭建。

由于系統(tǒng)采用專用GPS接收模塊與WiFi網(wǎng)絡(luò)通信模塊。增加了GPS模塊接口電路，通信模塊與最小系統(tǒng)通過串口相連接，GPS硬件電路如圖2所示，WiFi模塊接口電路如圖3所示。

3 遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)思路

下位機(jī)完成無人機(jī)定位信息的采集與數(shù)據(jù)的發(fā)送與指令的接收，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)并打開數(shù)字地圖，在地圖上定位無人機(jī)的位置，因此軟件分為移動(dòng)終端地圖定位部分和無人機(jī)定位部分兩大部分。其中無人機(jī)定位部分按功能分為GPS定位模塊和WiFi通信模塊。主程序參考流程圖如圖4所示。

3.2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

（1）定位模塊程序設(shè)計(jì)。

GPS解碼程序流程圖如圖6所示。

（2）WiFi模塊程序設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)通信協(xié)議如表1、表2所示。

參考程序流程圖如圖5所示。

3.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

終端位置為手機(jī)自帶GPS位置用標(biāo)記表示，無人機(jī)經(jīng)緯度來自下位機(jī)上傳來的無人機(jī)GPS模塊位置信息，用標(biāo)記表示。點(diǎn)擊清除標(biāo)記按鈕可清除無人機(jī)與終端位置標(biāo)記。點(diǎn)擊終端位置按鈕，能定位終端位置并把位置信息顯示在地圖上。點(diǎn)擊無人機(jī)標(biāo)記按鈕，能向無人機(jī)發(fā)送無人機(jī)位置請(qǐng)求信息來獲取無人機(jī)位置信息。用手機(jī)作為終端的程序運(yùn)行界面圖，如圖7所示。

3.4 遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)調(diào)試

WiFi模塊調(diào)試。安裝WiFi模塊，調(diào)試WiFi通訊協(xié)議。在移動(dòng)數(shù)字終端的控制下通過WiFi傳送數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)是否發(fā)送與接收一致且穩(wěn)定可靠。GPS數(shù)據(jù)解析調(diào)試。下位機(jī)讀出GPS數(shù)據(jù)與衛(wèi)星數(shù)據(jù)調(diào)試軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，觀察在同一地點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔是否一致。定位數(shù)字地圖顯示調(diào)試。數(shù)據(jù)輸入位置參照地點(diǎn)的經(jīng)度、緯度查找百度地圖定位位置。觀察參照地點(diǎn)是否與真實(shí)地點(diǎn)一致。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，控制驅(qū)動(dòng)無人機(jī)，搭載運(yùn)行下位機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)移動(dòng)終端數(shù)字地圖運(yùn)行程序，控制無人機(jī)，觀察數(shù)據(jù)定位數(shù)據(jù)與定位位置，判斷飛行軌跡與定位是否一致。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)應(yīng)用STM32控制器的串口通信端口與GPS模塊、WiFi模塊接口實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的讀出與解析、定位數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；學(xué)習(xí)搭建Android開發(fā)環(huán)境、Android程序開發(fā)，特別是編寫網(wǎng)絡(luò)通信程序和百度地圖配置應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用百度地圖顯示定位位置。STM32控制器串口通信端口與GPS模塊、WiFi模塊接口中應(yīng)考慮是否應(yīng)用電平的轉(zhuǎn)換器件以及雙方通信協(xié)議的一致性，應(yīng)做到數(shù)據(jù)的處理與解析的正確。在網(wǎng)絡(luò)通信中主要是對(duì)Apache 的HttpClient的封裝來實(shí)現(xiàn)的一個(gè)HTTP編程接口，在百度地圖定位中主要是在Android應(yīng)用中使用百度地圖API，并完成相應(yīng)的配置。

參考文獻(xiàn)

[1] 時(shí)光，馬維華，魏金文.基于Android4.4和百度地圖的遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014（11）：39-41，45.

[2] 耿家慶.新一代的GPS-B碼解碼授時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.

[3] 張波，王志剛，張睿.基于GPS和CDMA的物流車輛監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011（1）：121-124.