河南科技大學(xué)大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃(SRTP)項(xiàng)目申請書.doc

h項(xiàng)目類別項(xiàng)目批準(zhǔn)號 河南科技大學(xué)大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）項(xiàng)目申請書項(xiàng)目名稱： 基于MSP430單片機(jī)的單軸飛行器設(shè)計(jì) 申 請 人（主持人）： 徐軍領(lǐng) 所在院系： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)年級： 測儀111 聯(lián)系電話：指導(dǎo)教師: 劉春陽 職稱 講師 批準(zhǔn)日期： 二 年 月 日 河南科技大學(xué)大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）項(xiàng)目管理委員會 填 表 說 明 一、 填寫立項(xiàng)申請書前，請先咨詢指導(dǎo)教師或有關(guān)專業(yè)教師。申請書的各項(xiàng)內(nèi)容要求實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。表達(dá)明確、嚴(yán)謹(jǐn)，一律要求用打印稿件。 二 、申請書為A4本，于左側(cè)裝訂成冊。一式三份（至少一份原件），由指導(dǎo)教師和學(xué)生所在院系審查并簽署意見后報(bào)送學(xué)校SRTP項(xiàng)目管理委員會。三 、“所在單位意見”一欄中，應(yīng)注明研究人員、時(shí)間、條件、政策等方面的保證措施和意見。“項(xiàng)目類別”指A、B、C、D，A學(xué)術(shù)論文、社會調(diào)查類；B全國、省級競賽（決賽）類；C實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和科技制作、科研類；D其他類?！绊?xiàng)目批準(zhǔn)號”不填，由學(xué)校統(tǒng)一編號。四、如表格不夠，可以加附頁。一、簡表項(xiàng)目簡況項(xiàng)目名稱基于MSP430單片機(jī)的單軸飛行器設(shè)計(jì)項(xiàng)目類別A、學(xué)術(shù)論文、社會調(diào)查類； B、全國、省級競賽（決賽）類；C、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科技制作、科研類； D、其他類。申請經(jīng)費(fèi)3000元起止年月2014.6-2015.6項(xiàng)目申請人姓 名徐軍領(lǐng)性別男民族漢出生年月1992年9月專業(yè)年級測控技術(shù)與儀器2011級院系機(jī)電工程學(xué)院前一學(xué)期平均學(xué)分績點(diǎn)興趣愛好科技探索前一學(xué)期綜合測評名次1電 導(dǎo)教師主要教學(xué)工作簡歷時(shí) 間授課名稱授課對象學(xué) 時(shí)授課單位2012.10-12專業(yè)英語測儀101、10216機(jī)電工程學(xué)院2012.09-10光電檢測技術(shù)測儀091、09232機(jī)電工程學(xué)院2012.03-05測試技術(shù)國教機(jī)制091、09240機(jī)電工程學(xué)院主要科學(xué)研究工作簡歷時(shí) 間項(xiàng)目名稱獲獎(jiǎng)情況2012.10.302兆瓦永磁直驅(qū)式風(fēng)機(jī)主軸軸承研制機(jī)械工業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)2012.10.30航天動力論組件性能檢測系統(tǒng)研制機(jī)械工業(yè)協(xié)會科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)項(xiàng)目組主要成員不含申請者姓 名性別出生年月專業(yè)年級所在院系學(xué)習(xí)狀況項(xiàng)目中的分工簽字王東方男1991.12測儀11級機(jī)電工程學(xué)院優(yōu)秀方案設(shè)計(jì)程洪濤男1991.04測儀11級機(jī)電工程學(xué)院優(yōu)秀方案設(shè)計(jì)趙迪男1993.11測儀12級機(jī)電工程學(xué)院良好資料采集常景景女1993.11測儀12級機(jī)電工程學(xué)院優(yōu)秀資料采集二、立項(xiàng)依據(jù)（項(xiàng)目的意義、現(xiàn)狀分析）以往在自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，由于是單純的人工救援，而且設(shè)備也比較落后，更缺乏實(shí)時(shí)探測手段而影響救援時(shí)間和救援質(zhì)量。而傳統(tǒng)的飛行器往往易受到環(huán)境影響，無法穩(wěn)定的采集數(shù)據(jù)，嚴(yán)重的受到空氣氣流擾動，一旦非正常落地，飛行器便毀壞了，不能安全穩(wěn)定的進(jìn)行救援方面的實(shí)時(shí)探測。在飛行器的研究方面，目前美國、日本、法國、德國等發(fā)達(dá)國家遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在全球的前列，且成功研究了固定翼式、旋翼式和撲翼式各類飛行器。這些國家飛行器研究熱點(diǎn)集中在無人直升機(jī)的性能，仿生學(xué)飛行器和四軸飛行器的研制上。賓西法尼亞大學(xué)最新研制的四旋翼飛行器可以在空中躲避障礙物并以最快的速度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。而其他仿生學(xué)的撲翼式飛行器的研究也一直受到人們的關(guān)注。日本最先發(fā)布了世界上第一個(gè)球形飛行器，可以在狹窄的通道內(nèi)靈活穿梭，而我國對于這種飛行器的研究卻很少。國內(nèi)對于飛行器的研制起步較晚，有很多都停留在理論設(shè)計(jì)階段，而對于新型飛行器的研究也與其他國家有一定的差距。從目前的研究水平看,實(shí)用化的控制模型及系統(tǒng)是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。本課題提出采用MSP430單片機(jī)作為處理控制核心，通過對姿態(tài)信息的采集和處理，設(shè)計(jì)研制具有GPS定位，圖形采集，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，利用以無線遙控模塊、無線視頻模塊實(shí)現(xiàn)飛行器的無線遙控和無線視頻監(jiān)控，為災(zāi)后現(xiàn)場的搜救，特殊的不利于人員進(jìn)入的區(qū)域提供實(shí)時(shí)圖像。 三、項(xiàng)目實(shí)施方案及實(shí)施計(jì)劃實(shí)施方案和辦法：本課題擬鍛煉學(xué)生在單片機(jī)應(yīng)用方面的能力和實(shí)際動手能力，需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)，購買、電池、電機(jī)等元件，設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)為核心的姿態(tài)測量和運(yùn)動控制系統(tǒng)，通過MEMS陀螺儀和加速度計(jì)對飛行器的角度姿態(tài)進(jìn)行檢測，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波融合，獲取飛行器的運(yùn)動角度姿態(tài)信息，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)飛行器的動態(tài)平衡和移動功能。計(jì)劃安排：收集資料、模型分析和基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)（2個(gè)月）；硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)（1個(gè)月）；硬件電路繪制、制版、焊接（2個(gè)月）；硬件調(diào)試和算法設(shè)計(jì)（4個(gè)月）；實(shí)驗(yàn)和完善（2個(gè)月）；論文撰寫和結(jié)項(xiàng)（1個(gè)月）?？尚行裕捍蠖?、大三的學(xué)生已經(jīng)完成或正在學(xué)習(xí)電路、機(jī)械、傳感器、單片機(jī)等方面的課程和知識，考慮到在信息處理、運(yùn)動控制的程序編寫和調(diào)試等方面的動手能力還需要實(shí)踐和提高，且是利用課余時(shí)間完成本課題的任務(wù)，因此本課題采用的設(shè)計(jì)方案較為簡單合理，注重系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。本課題以大三學(xué)生為主，做機(jī)械和電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試方面的工作，大二學(xué)生為輔，做模型分析等方面的工作，且課題組成員以興趣為向?qū)?，加上老師的指?dǎo)，具有在研究周期內(nèi)完成相關(guān)內(nèi)容設(shè)計(jì)的能力。四、預(yù)期成果預(yù)期成果包括：1. 發(fā)表1-2篇期刊文章。2. 設(shè)計(jì)并制作成功具有飛行能力的飛行器實(shí)物。五、本項(xiàng)目的特點(diǎn)與創(chuàng)新之處本課題的特點(diǎn)是注重鍛煉學(xué)生的動手實(shí)踐能力和所學(xué)知識綜合運(yùn)用的能力。對于本科生來說，課題的難點(diǎn)在于：機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路設(shè)計(jì)及調(diào)試、傳感器信息的融合處理算法設(shè)計(jì)、電機(jī)的驅(qū)動控制算法設(shè)計(jì)等方面。這些恰是所學(xué)專業(yè)知識的有效運(yùn)用和融合，需要學(xué)生在實(shí)踐中加深對所學(xué)知識的理解，并在實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試工作中學(xué)會查找資料、建立模型、分析數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)電路、編寫程序等工作，提高自主學(xué)習(xí)的能力。本課題的創(chuàng)新之處：1. 采用低功耗高性能的MSP430單片機(jī)作為處理核心。具有處理速度快，能量消耗低，應(yīng)用簡單靈活，內(nèi)部資源豐富，易于功能擴(kuò)展等特點(diǎn)。2. 姿態(tài)信息融合處理的算法設(shè)計(jì)。采用復(fù)合互補(bǔ)算法對采集的轉(zhuǎn)角信息和角速度信息進(jìn)行融合，通過實(shí)驗(yàn)確定適合的權(quán)重關(guān)系，提高角度定位的準(zhǔn)確性。3. 運(yùn)動控制算法的設(shè)計(jì)。飛行器保持動態(tài)平衡的運(yùn)動控制有PID控制、自適應(yīng)控制、狀態(tài)反饋控制等多種方法，通過對多種方法比較和綜合，確定控制算法融合的規(guī)律和參數(shù)，提高系統(tǒng)動態(tài)平衡和抗干擾能力。4. 克服對起飛和降落要求較高的缺點(diǎn)，并能在空中實(shí)現(xiàn)懸停，這可以使該作品適合在室內(nèi)等環(huán)境中使用。同時(shí)，在難以接近或很難到達(dá)的工作環(huán)境中，在危險(xiǎn)的工作環(huán)境中，在狹窄的工作環(huán)境中，在飛行時(shí)間長的工作環(huán)境中，進(jìn)行搜尋和營救、監(jiān)視、遠(yuǎn)程監(jiān)控等任務(wù)。六、項(xiàng)目研究基礎(chǔ)主持人與本項(xiàng)目相關(guān)的專業(yè)知識積累和已取得的成績。1.模擬電子技術(shù)94；2.數(shù)字電子技術(shù)94；3.傳感器技術(shù) 91；4.2013年全國數(shù)學(xué)建模大賽獲得省二等獎(jiǎng)；5.獲得計(jì)算機(jī)二級C考試證書；指導(dǎo)教師的教學(xué)、科研工作積累和已取得的工作成績。指導(dǎo)教師劉春陽系機(jī)電工程學(xué)院測控技術(shù)及儀器教研室教師，主要承擔(dān)測試技術(shù)、光檢測技術(shù)等課程的教學(xué)任務(wù)，并參與儀器電路課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)等教學(xué)活動。科研方面，參與機(jī)械設(shè)計(jì)及傳遞系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)科研活動，參與項(xiàng)目包括：風(fēng)機(jī)主軸承的在線監(jiān)測及故障診斷，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作；高鐵軸承試驗(yàn)臺項(xiàng)目，負(fù)責(zé)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目組成員的學(xué)習(xí)情況。王東方：專業(yè)排名8， 2013年全國數(shù)學(xué)建模大賽獲得省二等獎(jiǎng)；程洪濤：專業(yè)排名11，2013年全國數(shù)學(xué)建模大賽獲得省三等獎(jiǎng)；常景景：專業(yè)排名7；趙迪：成績良好七、經(jīng)費(fèi)預(yù)算購