论文总字数：20948字

摘 要

随着旋翼无人机在各领域的广泛应用和发展，GPS和电子陀螺仪的应用已经随处可见。随之而来的无人机精确姿态控制技术也得到了快速发展。这篇论文的课题就运用一款单片机读取GPS模块和电子陀螺仪模块实时信息，将这些得到的数据通过无线传输模块传输到另一块单片机上进行数据解析的硬件设计进行了探讨，并使用一发半导体公司生产的STM32系列单片机作为主控芯片进行硬件设计，来验证课题的可实现情况。本篇论文首先介绍了想要实现上述功能的前期准备，包括使用了什么绘图软件，总体电路的框图和各个模块的选择，包括MCU，GPS模块，电子陀螺仪模块，无线传输模块，显示模块和稳压模块，然后对选择的主要模块进行了详细的介绍，紧接着介绍原理图和PCB图的绘制过程，最后介绍电路板的制作过程和调试过程，以及对调试过程中遇到的问题进行分析和总结。

关键词：GPS 电子陀螺仪 无线数据传输 硬件设计 STM32

GPS and Electronic gyroscope wireless data acquisition (hardware)

Abstract

With the wide application and development of rotorcraft uav in various fields, the application of GPS and electronic gyroscope can be seen everywhere. Subsequently, the uav precise attitude control technology has also been developed rapidly. The topic that this paper used a microcontroller reads the GPS module and electronic gyroscope module real-time information, these data will be transmitted by wireless transmission module to another on a single chip microcomputer for data analysis are discussed in this paper, the hardware design and use of the sniper semiconductor STM32 series single chip microcomputer as main control chip to design the hardware to verify that the project can be realized. This paper firstly introduces want to realize the function of preparation, including the use of the drawing software, the overall circuit diagram and the choice of the various modules, including MCU, GPS module, electronic gyroscope module, wireless transmission module, display module and voltage regulator module, then to select the main module was introduced in detail, and then introduce the principle diagram and PCB diagram, finally this paper introduces the production process and the debugging process of circuit board, and the paper summarizes and analyzes the problems in the debugging process.

Key Words:GPS； Electronic gyroscope; Wireless data transmission; Hardware design; STM32

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 设计的背景和意义 1

1.2 目前相关技术的发展情况 1

1.3 本文的安排 2

第二章 主要元器件介绍 3

2.1 稳压电源 3

2.2 电子陀螺仪 4

2.3 无线数据传输模块 5

2.4 单片机 5

2.5 LCD液晶显示屏 6

第三章 硬件设计 8

3.1 总体电路框图设计 8

3.2 模块电路设计 8

3.2.1 电源输入、减压模块 8

3.2.2 单片机模块 12

3.2.3 使用的接口 13

第四章 电路制作与焊接 16

4.1 PCB绘制注意事项 16

4.2 元器件的选择与购买 17

4.3 焊接电路板 18

第五章 电路调试与问题分析 20

5.1 电路调试 20

5.2 问题分析 21

第六章 总结与展望 23

6.1 论文总结 23

6.2 工作展望 23

参考文献 25

致 谢 27

绪 论

1.1 设计的背景和意义

旋翼无人机在各领域的广泛应用和发展，离不开本身的精确控制。对于经常执行精密任务的无人机以及自身易损的特性，无人机精确姿态控制技术发展的越来越快。姿态控制离不开陀螺仪，近年来电子陀螺仪发展迅速，而且成本越来越低廉，在我们的日常生活中随处可见。无人机在飞行过程中更离不开GPS的定位功能。现在无人机主要应用于侦察、拍摄等方面，经常遇到要通过复杂环境的情况或者平稳的拍摄某一幅画面，这都对姿态控制要求很高。并且无线通信的作用在无人机发展的过程中也不可忽视。

1.2 目前相关技术的发展情况

早在上世纪80年代左右，陀螺仪的研究就已经开始，由于长时间的发展，已经有了比较成熟的技术。我们的国家相对于国外来说，虽然研究的稍晚，但是发展较快，并且在其中投入了很多的资金成本，但不可否认的是，我国和国外的研究成果差距还是存在的。

我国在GPS方面的发展也在如火如荼的进行着，虽说和那些发达国家相比起步较晚，但是我国已经将很多卫星送上了外太空，为我国GPS发展奠定了很雄厚的基础。

我国与国外发达国家相比，无线数据通信起步较晚。但是当时政府预见到了无线数据通信的发展前景，专门为其开辟了223~235MHz的无线数据通信专用频段，避免了与语音通信争抢频率资源，这也为日后的快速发展奠定了坚实的基础。

1.3 本文的安排

本文的重点在于说明如何将单片机、GPS、陀螺仪和无线传输模块在硬件的层面上结合起来，通过逻辑上的分析以及查阅各种相关资料，再加上以往的所学知识，来为软件人员搭建一套可以实现数据无线采集的硬件系统。本文的主要安排有以下几点：

1. 根据课题要求构思出总体框架；
2. 根据要实现的功能来选取模块；
3. 设计原理图及PCB；
4. 配合软件人员进行调试工作；

第二章 前期准备

2.1 总体电路框图

当我拿到了这个课题的时候首先对这个课题进行了分析，“GPS 陀螺仪的无线数据采集”，从课题中可以直接看出需要三种模块，分别是GPS模块，陀螺仪模块和无线数据采集模块，当GPS模块用来采集经纬度、海拔高度等数据，陀螺仪模块用来采集角度，加速度等数据，无线数据采集模块用来将上述采集到的数据进行传输，因为我们用到了无线数据采集模块，并且无线数据采集模块肯定都是成对出现的，一块用来发送数据，一块用来接收数据，或者相互发送数据，所以需要设计两块电路板。

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