基于GPS導(dǎo)航的太陽能機(jī)器車系統(tǒng)研究

【摘要】：目前，機(jī)器車(輪式機(jī)器人)是比較前沿的高新技術(shù)，涉及到電子技術(shù)﹑人工智能﹑自動(dòng)控制﹑傳感器技術(shù)﹑計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科，也正朝著更高級(jí)更智能的方向發(fā)展。太陽能電池是太陽能機(jī)器車正常運(yùn)行的必要組成部分，能夠?yàn)闄C(jī)器車源源不斷的提供清潔能源。本文重點(diǎn)對基于GPS導(dǎo)航的太陽能機(jī)器車的自主智能巡航控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、DGPS/圖像匹配方法組合導(dǎo)航系統(tǒng)、太陽能供電系統(tǒng)進(jìn)行研究。 論文分別介紹了機(jī)器車的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件平臺(tái)采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103RBT6芯片作為核心處理器，并采用模塊化設(shè)計(jì)，包括自主智能巡航模塊、GPS導(dǎo)航模塊、電機(jī)控制模塊、液晶顯示和電源模塊。軟件部分主要是對機(jī)器車各個(gè)硬件模塊的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對DGPS/圖像匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)和太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤算法進(jìn)行分析仿真。 在DGPS/圖像匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，對位置差分、載波相位差分算法、組合導(dǎo)航原理進(jìn)行分析，并對SIFT算法進(jìn)行介紹和改進(jìn)，提高了其實(shí)時(shí)性。組合導(dǎo)航系統(tǒng)中采用卡爾曼濾波，評估導(dǎo)航參數(shù)的各種誤差狀態(tài)，并用誤差狀態(tài)評估值校正系統(tǒng)誤差，提高導(dǎo)航精度。 能源管理是太陽能機(jī)器車的關(guān)鍵技術(shù)之一，只有對能源分配進(jìn)行最優(yōu)化管理，才能最有效的發(fā)揮太陽能能量的功效，因此對太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法的研究十分重要。本文在分析太陽能電池?cái)?shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上采用干擾觀測法(PO)對太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤算法進(jìn)行仿真。干擾觀測算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，被廣泛用于太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤研究上。這部分分別對太陽能電池模塊﹑最大功率點(diǎn)跟蹤模塊﹑脈寬調(diào)制(PWM)模塊﹑降壓式轉(zhuǎn)換器模塊分別進(jìn)行仿真，最后將這些模塊集成組合成太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤仿真模型，得到仿真結(jié)果并從結(jié)果中得出擾動(dòng)觀測法能準(zhǔn)確跟蹤太陽能電池最大功率點(diǎn)的結(jié)論。 【關(guān)鍵詞】：機(jī)器車 軟硬件設(shè)計(jì) DGPS/圖像匹配組合導(dǎo)航 太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP242;P228.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題研究的目的和意義9-10
• 1.2 相關(guān)技術(shù)國內(nèi)外研究及發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.2.1 太陽能技術(shù)國內(nèi)外研究及發(fā)展?fàn)顩r10-11
• 1.2.2 移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)國內(nèi)外研究及發(fā)展?fàn)顩r11-12
• 1.3 主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排12-14
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容12
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)安排12-14
• 第2章 機(jī)器車的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)14-34
• 2.1 機(jī)器車車體結(jié)構(gòu)的選擇14
• 2.2 機(jī)器車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14-16
• 2.2.1 各個(gè)模塊的功能劃分15-16
• 2.3 微控制器模塊16-18
• 2.3.1 微控制器的選擇16-17
• 2.3.2 主控器的最小系統(tǒng)電路17-18
• 2.4 自主智能巡航控制系統(tǒng)模塊18-21
• 2.4.1 超聲波傳感器18-20
• 2.4.2 紅外光電傳感器20-21
• 2.5 電機(jī)控制系統(tǒng)模塊21-24
• 2.5.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇21-22
• 2.5.2 轉(zhuǎn)速控制方法22-23
• 2.5.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊23-24
• 2.6 導(dǎo)航定位模塊24-27
• 2.7 液晶顯示模塊27-29
• 2.8 太陽能供電模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)29-33
• 2.8.1 太陽能供電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30
• 2.8.2 太陽能供電系統(tǒng)各個(gè)部分的功能30-31
• 2.8.3 蓄電池及充放電控制器31-32
• 2.8.4 電源變換 DC/DC 電路32-33
• 2.9 本章小結(jié)33-34
• 第3章 機(jī)器車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)34-44
• 3.1 軟件開發(fā)平臺(tái)介紹34-35
• 3.2 機(jī)器車系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)35
• 3.3 自主智能巡航模塊軟件設(shè)計(jì)35-36
• 3.3.1 超聲波傳感器模塊軟件設(shè)計(jì)36
• 3.3.2 紅外光電傳感器模塊設(shè)計(jì)36
• 3.4 PWM 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)模塊軟件設(shè)計(jì)36-38
• 3.5 TFTLCD 液晶顯示模塊38
• 3.6 組合導(dǎo)航模塊軟件設(shè)計(jì)38-43
• 3.6.1 NEO-6M GPS 接收機(jī)介紹38-39
• 3.6.2 GPS 信息格式39-41
• 3.6.3 GPS 定位功能檢測41-42
• 3.6.4 GPS 數(shù)據(jù)解析過程42-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 DGPS/圖像匹配技術(shù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)44-56
• 4.1 DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）分類44-46
• 4.1.1 位置差分44
• 4.1.2 偽距差分和載波相位差分44
• 4.1.3 載波相位和偽距差分算法44-46
• 4.2 DGPS 與圖像匹配組合導(dǎo)航原理46-47
• 4.3 組合導(dǎo)航 Kalman 濾波方法47-48
• 4.3.1 輸出校正48
• 4.3.2 反饋校正48
• 4.4 圖像匹配方法48-53
• 4.4.1 標(biāo)準(zhǔn) SIFT 算法49-50
• 4.4.2 改進(jìn)的 SIFT 算法50-51
• 4.4.3 標(biāo)準(zhǔn) SIFT 算法和改進(jìn)的 SIFT 算法對比51-53
• 4.5 組合導(dǎo)航仿真結(jié)果分析53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-56
• 第5章 太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)仿真研究56-64
• 5.1 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型56-57
• 5.2 太陽能電池的伏安特性57-58
• 5.3 最大功率點(diǎn)跟蹤算法58-59
• 5.4 太陽能電池 MPPT 控制仿真59-62
• 5.4.1 太陽能電池的仿真模塊59-60
• 5.4.2 最大功率點(diǎn)跟蹤的仿真模型60
• 5.4.3 脈寬調(diào)值(PWM)仿真模型60-61
• 5.4.4 降壓式轉(zhuǎn)換器仿真模型61-62
• 5.4.5 太陽能電池系統(tǒng) MPPT 控制的仿真模型62
• 5.5 仿真結(jié)果和分析62-63
• 5.6 本章小結(jié)63-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-66
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文情況69-70
• 致謝70-71
• 附錄71-73

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太陽能電池基本特性測定實(shí)驗(yàn)——一個(gè)與能源利用有關(guān)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)    姜琳

車載組合導(dǎo)航信息融合算法研究與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)    徐田來

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WGS—84轉(zhuǎn)換為國家實(shí)用坐標(biāo)的研究    張項(xiàng)鐸,謝世杰

關(guān)于GPS測時(shí)精度與共視問題    王正明

GPS與GLONASS的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換    卓力格圖,張愛華

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一種新的實(shí)用型城市基礎(chǔ)信息采集系統(tǒng)——輕型飛機(jī)成像光譜集成技術(shù)系統(tǒng)    岑長華,肖青,張杰林,劉京晶,于宏,何鐘琦,崔振奎

利用GPS形變資料確定地殼形變的應(yīng)變特征    黨亞民,晁定波,許才軍,趙少榮

VC~(++)6.0環(huán)境下GPS接收機(jī)串口通信的實(shí)現(xiàn)    李淑慧

GPS控制測量在重點(diǎn)工程中的實(shí)踐探討    鄭瀚

旋轉(zhuǎn)彈載GPS自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)    肖洪兵;郭澤榮;

GPS L5信號(hào)雙分量聯(lián)合跟蹤    許東陽;寇艷紅;

基于切比雪夫多項(xiàng)式的GPS軌道標(biāo)準(zhǔn)化方法    曹文濤;郭際明;

GPS水準(zhǔn)在長江中游河道演變控制測量中的應(yīng)用初探    解祥成;豐光寅;晏黎明;

Algorithm Design for Long-term GPS Satellite Orbit Prediction    Hsin-Tai Hsiao;Tsai-Hsin Chang;

利用單站電離層測高儀與GPS數(shù)據(jù)的同化反演試驗(yàn)    余濤;王云岡;毛田;曾中超;王勁松;

利用同化方法進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)三維電離層反演    余濤;毛田;王云岡;曾中超;

GPS單頻機(jī)在水汽層析中的應(yīng)用    鄧志國;Michael Bender;Galina Dick1;葛茂榮;Jens Wickert;

GPS有效載荷發(fā)展對北斗系統(tǒng)的啟示    李祖洪;鄭晉軍;張立新;

基于符號(hào)位位并行運(yùn)算的GPS信號(hào)快速處理研究    沈悅;張雷;傅忠謙;王建宇;

蕪湖建成GPS服務(wù)系統(tǒng)    郭衛(wèi)鋒

安華高推出完整射頻模塊    

GPS解水庫權(quán)屬糾紛    侯新軍　趙迎紅

貴陽市公安局GPS定位鎖定事發(fā)現(xiàn)場    記者 梁晶晶

走出選購GPS導(dǎo)航儀誤區(qū)    代希澤

僅有GPS“定”不了公車濫用的“位”    吳江

全市出租車將免費(fèi)安上GPS    記者 張瑋煒

出租車免費(fèi)安裝GPS安全監(jiān)控設(shè)備    記者 楊穎

國測一大隊(duì)出征西部開展GPS聯(lián)測    王濤

美國GPS：加速邁向第三代    本報(bào)記者 宋軒

智能GPS天線系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究    李平

基于GPS和自包含傳感器的行人室內(nèi)外無縫定位算法研究    陳偉

GPS/MIMU嵌入式組合導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)研究    唐康華

高靈敏度GPS定位及組合導(dǎo)航技術(shù)研究    田世君

GPS接收機(jī)抗干擾技術(shù)研究    宋洪濤

基于農(nóng)田特征的車載GPS運(yùn)動(dòng)模型辨識(shí)及定位誤差研究    白雪

GPS/GPRS車輛定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及故障在線檢測技術(shù)研究    劉有貴

強(qiáng)衰落GPS信號(hào)模型分析及捕獲技術(shù)研究    黃鵬達(dá)

地基GPS的資料處理及在天氣分析中的應(yīng)用    王皓

地基GPS大氣水汽反演技術(shù)研究與資料應(yīng)用    萬蓉

GPS激光測距系統(tǒng)的算法研究及實(shí)現(xiàn)    黃昆學(xué)

基于GPS的車速監(jiān)測系統(tǒng)校準(zhǔn)方法研究    耿麗紅

GPS測量數(shù)據(jù)后處理方法研究    劉皓

基于GPS的車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的研究    李玲

GPS/GPRS技術(shù)在武警作戰(zhàn)指揮輔助決策系統(tǒng)中的應(yīng)用研究    郭玲娟

基于A-GPS的定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    蔡文明

基于嵌入式計(jì)算機(jī)的GPS定位設(shè)備設(shè)計(jì)與研究    許志民

GPS技術(shù)在山區(qū)石油地震勘探測量中的應(yīng)用研究    劉兵

工程GPS數(shù)據(jù)的實(shí)用處理技術(shù)與方法研究    繆祥柱

相關(guān)穩(wěn)健估計(jì)在GPS數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用研究    安劍英