摘 要

水面无人艇是一种能够在海洋环境下自主航行，并完成各种任务的小型水面运动平台，它具有高速、隐身、智能等优点，在军事、民用等各方面有着较大的应用前景。随着当今高新技术飞速发展，世界各国对水面无人艇的研发愈发重视，未来，水面无人艇在各领域的应用也将愈发广泛。

本次设计在分析了无人艇遥控系统原理和系统基本组成的基础上，在对部分硬件进行了比较选择后，设计了一种基于Arduino的无人试验艇的遥控模块接口电路，将无人艇遥控系统分为陆地控制系统和水上控制系统。以Arduino Mega2560单片机为控制器核心，水上控制系统根据惯性导航系统检测计算无人艇当前航行信息，通过无线数传模块APC220传送过来的陆地控制系统的遥控指令，通过信号分析处理，在Arduino IDE软件环境中，利用程序，将PPM解码转换成PWM信号，再传送给无人艇舵机及其他执行机构，驱动它们做出响应动作，实现对无人艇的遥控。

关键词：Arduino 无人艇 无线遥控

Abstract

The unmanned surface is a small water sports platform capable of navigating autonomously in the marine environment and completing various tasks.It has high speed, stealth, intelligent and other advantages, in the military,civil and other areas have a greater application prospects.With the rapid development of high-tech nowadays, the development of unmanned boats in the world has become more and more important. In the future, the application of unmanned boats in various fields will become more and more extensive.

Based on the analysis of the principle and system composition of the unmanned boat remote control system, this paper designs a remote control module interface circuit based on Arduino's unmanned test boat after comparing the selection of some hardware. Boat remote control system is divided into land control system and water control system.The unmanned boat remote control system is divided into land control system and water control system. With the Arduino Mega2560 single-chip controller as the core of the controller, the water control system calculates the remote navigation command of the land control system transmitted by the wireless data transmission module APC220 according to the inertial navigation system, and through the signal analysis processing, the Arduino IDE software Environment, the use of procedures, the PPM decoding converted to PWM signal, and then sent to the unmanned steering gear and other implementing agencies, to drive them to respond to the action, to achieve the remote control of unmanned boats.

Keywords: Arduino unmanned boat wireless remote control

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外无人艇研究现状和发展趋势 2

1.2.1 国外研究现状和发展趋势 2

1.2.2 国内无人艇研究现状及发展趋势 3

1.3 本课题研究的意义 4

1.4 遥控模块方案设计简述 4

第2章 无人艇遥控模块原理设计及构成 6

2.1 无人艇遥控模块的基本功能 6

2.2 无人艇遥控模块的基本原理 6

2.3 遥控系统的基本构成 7

2.3.1 惯性导航系统 8

2.3.2 舵机 8

2.3.3 航行控制器—Auduino单片机 9

2.3.4 无线收发模块的比较与选择 10

2.4 本章小结 10

第3章 系统模块设计 11

3.1 遥控系统总构成 11

3.2 航行信息获取模块 11

3.3 航行信息解析处理模块 11

3.4 无线收发模块 14

3.5 指令解析模块 17

3.6 Arduino Mage2560控制板外接电源电路的设计 19

3.7 本章小结 20

第4章 开发环境及程序编写和调试 21

4.1 开发环境Arduino IDE 21

4.2 程序设计 22

4.3 本章小结 22

第5章 结论及展望 24

参考文献 25

附录 26

致谢 28

第1章 绪论

无人水面艇(unmanned surface vessel，简称USV)，是一种无人操作的水面舰艇。随着当今高新技术飞速发展，世界各发达国家海军正在纷纷加大无人水面艇的研发力度，尤其是以美国为代表的西方国家已将其列为重要的研究项目。目前国外无人艇的应用主要应用于军事领域，已有多种型号的水面无人艇在军事领域开始投入使用，无人艇发展的重要性和必要性都不言而喻。

选题背景

地球总表面积约为5.11亿平方千米，其中海洋面积占据3.62亿平方千米，约为地球总表面积的71%。而陆地总面积仅占据约29%。随着经济的发展，社会的进步，人类对陆地上资源的消耗速度越来越快，这使得海洋成为了人们获取资源的新方向，因而海上国土、海上资源则成了世界各大国的争夺热点。我国是一个拥有漫长海岸线和诸多海上岛屿的国家，依照《联合国海洋法公约》规定，我国能够拥有300万平方千米的管辖海域。随着近年来我国国际政治经济地位的不断提高，我国在国际海洋事务中的作用也不断加大。但是，在我国拥有的这近300万平方千米的管辖海域中，现在有一半是仍受争议的。我国的诸多海岛被别国所占领，海上资源也遭受别国无情的掠夺。我国的海洋主权仍面临着严峻的威胁和挑战。因此，我们必须发展海军新装备，提高海上战斗力，以捍卫我国的海洋主权。

在民用方面，无人艇的应用前景也很广泛，可用于气象探测、水文探测、海上资源勘探、搜索救援等方面，对社会经济发展也起到极大的作用。图1.1是一种型号的水面无人艇照片。