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~~空空如也
申请人信息
申请人ID:小丛雨天下第一
真实姓名:葛瑷搏
申请方式:个人
自我介绍:一位喜欢物理、电子和动手的高中生,脑子里经常会跳出些“钻牛角尖”的小点子。现就读于南航苏州附中。自学了C、Solidworks、电路设计、普通物理学、高数等。在学校学习的空暇喜欢折腾一些喜欢的东西,比如说学习普通物理学,还有折腾一些电子小玩意。做过远程通讯系统、电调测试仪、火箭推力测试台等。得过江苏省焊接比赛省二等奖,无人机飞行市一等奖,还有不计其数的小奖。
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申请人曾经发表的技术文章:
项目信息
基于Arduino的开源可拓展四轴无人机
学科分类:航空技术研究周期:365 天
摘要
本项目基于Arduino打造一个全套的开源无人机系统。其包含飞控、电脑端上位机、远程通讯系统、地面测试平台等。选择现在主流无人机上绝大多数传感器进行适配,如光流传感器、IMU惯性制导传感器、激光测距模块、GNSS模块等。该项目将完全开源,希望能为有同样兴趣的人提供经验。

研究目标:

飞控能对各传感器数据做到读取、回传;使得无人机能在电脑的远程操控完成正常的飞行动作;使得无人机能在弱风条件下达到较为稳定的悬停;能留下如位置、图像等的记录;做出一个稳定的地面无人机测试平台,以便在地面进行安全的测试;实现电脑端图形上位机的开发。完成托管在GitHub上的代码的稳定版的更新

 

前期工作以及研究条件:

在前期我已经完成了对单独电机的控制、通讯模块算法优化、IMU惯性制导模块数据读取及配合电机调速、初代PID算法、初代上位机等工作,并且对各传感器的规范协议进行了学习。上述工作可在GitHub中查看,需要注意的是除了主branch之外,还有三个brach,上述的工作都包含在其中。


可行性分析:

在使用电调控制马达转速的时候,由于马达转速并不是和PWM占空比成比例的,所以这可能给PID调参会带来困难。但是由于PID的特性,我们并不需要知道马达提供的力矩滚转力矩确切是多少,便能通过经典的齐格勒-尼科尔斯方法使得无人机达到稳定。并且由于外界环境的不确定性,无人机能否保持稳定悬停也是个问题。为此,我们加上了多种传感器,通过IMU传感器、光流传感器、GNSS定位,飞控能解算当前的位移情况,并结合我们的PID算法对于外界的干扰进行修正。

 

初步方案:

本项目计划将通过电脑作为遥控信号发送端,通过Arduino作为USB-TTL转换器,将遥控信息信息通过SX1268-lora无线模块发送到处于无人机上的lora模块上。Arduino通过虚拟串口,与GNSS定位模块、光流,激光测距传感器、MU惯性制导传感器进行连接,并进行数据的读取。并且,无人机的下方会下挂一个ESP32-CAM模块,Arduino将读取到的各传感器数据发送给EPS32-CAM,ESP32-CAM会将读取到的信息同时发送到电脑端并且储存到TF卡内,以在飞行结束后结合飞行状态进行算法的优化。并且EPS32-CAM还可以作为飞行中的实时图传。


研究计划:

我将在这个暑假完成初代飞控的实装;地面测试平台的搭建;具有遥控功能的图形上位机;完成ESP32-CAM模块的图传测试;完成飞机的PID地面测试。上述目标完成后,我会对无人机进行户外测试,优化飞控算法

 

研究成果展现:

项目最后的成品将会为一架无人机、一个通用的无人机地面测试台以及电脑端图形的上位机。项目的成果将呈现在科创论坛、GitHub以及或许b站上。将在项目结束后,我会上传含有图片、视频等的结题报告。此项目将毫无保留的公开,托管在GitHub上的程序也供大家查阅。

补充说明:

关于第一次审核中,提到了“lora的低传输速率和低实时性”,我在项目初期已经进行了研究。首先需要阐明的是,lora模块仅作为远程控制信号传输用,图像传输以及飞行数据传输我将使用EPS32-CAM中的WIFI模块进行传播,大大降低了lora的压力,并且保证了遥控信号的传输距离。根据产品规格书我所选用的“E22-400T22D”无线空中速率最高可达62.5kbps。在实测中,我选用了我优化过的PWM信号读取算法,计算从发送端接收到电脑端信息,到接收模块完成解码并输出信息的延迟。在约10次不同距离的实验中,平均延迟均约为80毫秒。因此,选择lora作为远程控制信号传输模块是完全没有问题的。

关于第二次审核中,提到的“通讯模块算法优化”在我的文章《优化arduino的.readString函数,以减少PWM信号延迟》中有具体的阐述。关于IMU模块的问题,这是由于初期测试时烧掉了一个,现已更改为一个。关于需要两块电池的问题,经过计算,单电机的持续电流可达到19A,因为四轴无人机的使用场景,在有风的情况下,大部分电机是有可能达到持续的满载的,而常用的接口从XT60到XT150最大持续电流为40A和60A。为安全考虑,使用两块电池进行供电。螺旋桨是在填报预算时忘记加上单位“对”,现已加上。

关于上述的内容,我对其的真实性保证,上述绝大部分工作均可在GitHub上得到查证,并且我已经对于预算进行了必要的节省。该项目的前期工作并不是嘴上工作(代码详见“前期工作以及研究条件”部分),并且为了节省预算,我在初期特意只选购了Arduino nano、IMU-901、舵机(因为其也是通过PWM控制,且能直观反应PWM信号的大小、价格便宜)各一个,lora模块一对,并以此进行了大部分代码的开发。在确保了项目的可行性后,由于项目预算超出了我能承受的范围,我才向科创论坛提出了资金上的支持的请求。我保证科创提供的资金都会落到实处,在后续我会专门对资金的落实情况出一份报告,并且我会在有进展后更新GitHub上的程序。

资金预算
用途 规格型号 单价(元) 数量 单位 合计(元) 专家建议(元) 实际批准(元)
无人机无刷电机 XXD2212电机 KV1000 25.99 4 103.96 103.96 103.96
天线 致哲433M 4dBi 200mm SMA天线 5.8 2 11.6 11.6 11.6
IMU传感器 正点原子串口角度传感器模块十轴IMU-901 98 1 98 98 98
无刷电调 XXD40A长线版电调 30 4 120 120 120
无人机机架 F450四轴飞行器机架+长短起落架 76.98 1 76.98 76.98 76.98
螺旋桨 1050多轴自锁桨 6.92 2 13.84 13.84 13.84
供电线 XT60单头线(母头)30cm 12.99 4 51.96 51.96 51.96
供电线 XT90单头线(公头)30cm 12.99 2 25.98 25.98 25.98
地面测试供电电源 HP 12V82A 1000W服务器电源 110 1 110 110 110
地面测试供电电源线 定制防打火XT90母头+铜鼻子10awg 1m线 50 2 100 100 100
地面测试电源供电线 OYEL 1.5m标品字尾0.75平方充电线 8.8 1 8.8 8.8 8.8
GNSS定位模块 维特智能GNSS定位模块 WTGPS+BD+陶瓷天线 51 1 51 51 51
ESP32-CAM开发版 ESP32-CAM 带下载底板 32 1 32 32 32
GPS支架 GPS折叠支架+背胶 11.74 1 11.74 11.74 11.74
地面测试平台固定用魔术贴 魔术贴5米/卷 宽1.2cm 4.9 1 4.9 4.9 4.9
地面测试平台主体 铝架+金属万向云台 120 1 120 120 120
正点原子光流、激光传感器模块 正点原子光流模块PMW3901 4M 128 1 128 128 128
无人机电池 Tiger电池3S 3500mAh 35C航模电池 XT90头 100 2 200 200 200
电池充电器 HOTRC E350 39.98 1 39.98 39.98 39.98
运费 各种运费 35 1 35 35 35
申请金额 1343.74 元,专家建议 1343.74 元,实际批准 1343.74 元
拨款详情
序号 金额 状态
第 1 期 1343.74 元 已拨款
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Cast_Snow
1年10个月前 IP:北京
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加油

WernerPleischner
1年10个月前 IP:广东
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APM飞控

二次元的创世科技
1年10个月前 IP:山西
905738

电池最好不要买格式的,虚标太严重,如果钱够的话建议买老虎,不够的话疾风也不错

小丛雨天下第一作者
1年10个月前 IP:江苏
905739
引用二次元的创世科技发表于3楼的内容
电池最好不要买格式的,虚标太严重,如果钱够的话建议买老虎,不够的话疾风也不错

感谢提议,已更改为老虎电池。

小丛雨天下第一作者
1年10个月前 IP:江苏
905812

关于越删越少的问题其实我在修改的过程中也注意到了,主要是语言表达能力不过关,导致语义重复以及不知道该如何正确表达。在实在不知道怎么改的情况下只好选择了删除,希望能得到理解。

二次元的创世科技
1年10个月前 IP:山西
905888

恭喜拨款成功

smith
1年10个月前 IP:广东
905892

现在最贵的就是光流传感器了, 这玩意其实就是个摄像头, 感觉可以用ESP32-CAM之类的低成本方案实现

虎哥
9个月13天前 修改于 9个月13天前 IP:四川
924453

项目超期,可申请延期,最长总时间不超过2年。

如果没有希望继续完成,可按未完成提交结题。科创基金容许失败和做不完,主要看是否认真做了(并认真报告项目情况)。

weijueye186
9个月2天前 IP:四川
924946

还记得15年、16年两年电子竞赛、都耗死在四旋翼上了。

小丛雨天下第一作者
5个月7天前 IP:江苏
927863
引用虎哥发表于8楼的内容
项目超期,可申请延期,最长总时间不超过2年。如果没有希望继续完成,可按未完成提交结题。科创基金容许失...

非常感谢虎哥的评价和理解,说实话由于没法按时、按质完成这个项目一直都挺焦虑的,甚至在上次报告了进度后一直都没敢打开科创论坛😂

目前限于我的实际水平还有学业压力,我预估项目很可能没法按最初的标准完成。

不过我将争取在寒假期间完成结题报告,希望能给大家一个满意的答复。


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第 1 期拨款 1343.74 元
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