基于ARM的智能无人船系统的设计综述

基于ARM的智能无人船系统的设计综述
作者：李轶群潘志伟
来源：《科学与信息化》2019年第04期
摘要近年来，无人车和无人机发展迅速，无人驾驶也渐渐成为现代智能自动化领域的研究热点。

本文设计基于仿人智能控制的无人船自动驾驶系统，是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，在复杂的水面环境解决自身平衡的同时，还能够适应在一定环境下的控制任务。

通过运用地磁仪感应器和GPS模块等，可以实现无人船的自主平衡、定点定位功能和运输、投放、智能避障等功能[1]。

关键词无人驾驶；GPS定位；PID控制
引言
近年来，无人车和无人机发展迅速，渐渐进入了大众的视野，例如谷歌和特斯拉的无人驾驶技术、大疆无人机、航模航拍已经开始慢慢融入人们的生活中。

随着科技的发展，无人船技术也慢慢渗入人们的生活中。

本文讲述设计出一款在生产生活中可操控的基于ARM的无人船，是一个集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统，在复杂的水面环境解决自身平衡的同时，还能够适应在一定环境下的控制任务。

通过运用地磁仪感应器和GPS模块等，可以实现无人船的自主平衡、定点定位功能和运输、投放、智能避障等功能[2]。

1 无人船体系结构设计
1.1项目总体结构体系介绍
本项目采用以Atmega2560为主控芯片的全自动无人导航船，通过对实际情况的考虑我们内嵌了双轴陀螺仪，GPS模块以及三轴磁力计模块对导航船的姿态进行实时监控。

在数据传输方面，由于我们设计为自动，半自动切换模式，所以采用了2.4GHZ的PWM数传模块以及433M HZ的基站数传模块，在不同的频率的数传上能够有效避免数组传输上的错乱。

在动力方面，通过对船体重量以及航行速度方面的配比，我们采用了380有刷电机，以便能够有效地通过PID调整无人船的位置[3]。

1.2 船载系统的搭建
整个船载系统以ARM开发板为核心，GPS定位模板、无线通信模板以及舵机控制器通过串口与ARM处理器进行数据通信，无线通信模块输出为TTL串口，可以将无线通信模块通过TTL串口与ARM开发板直接相连。

1.3 Atmega2560芯片的采用
Atmega2560 是arduino一款开发简易，效率极高的一款高性能芯片，处理速度快，开发简易，数据处理稳定。

具有54路数字I/O口，其中有15路可作M为PW输出；以及15路模拟输出能够满足多输入输出的控制[4]。

1.4 无人船主程序的控制方式
主程序采用两级PID控制方式，第一级为导航级，第二级是控制级，导航级的计算集中在medium_loop（）方法函数和fastloop（）方法函数的update_current_flight_mode（）函数中，控制级集中在fastloop（）的stabilize（）的函数中。

导航级PID 控制就是解决无人船在航行时如何转弯到达目标的问题，通过算法给出无人船航行的方向交给控制级进行控制解算。

控制级的任务主要依据任务需要的油门，方向解算出合适的舵机控制量，即PWM控制量[5]。

2 结束语
此项目基于ARM的智能无人船控制系统的设计是集动态决策和规划、环境感知、行为控制和执行等多种功能于一体的综合复杂系统。

通过运用地磁仪感应器和GPS模块等，可以实现无人船的自主平衡、定点定位功能和运输、投放、智能避障等功能，能够很好地运用到水上工作者的日常生活以及军事作战方面。

因此，在现实生活中具有极高的使用价值。

参考文献
[1] 李祖氓，万文略，郭文书，等.计算机电液控制系统中仿人智能控制的研究[J].四川兵工学报，1997，（3）：20-23.
[2] 李琳辉.基于视觉的智车辆模糊滑模横向控制[J].大连理工大学学报，2013，53（5）：735-741.
[3] 曾光奇，胡均安，王东，等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2006：227.
[4] 郭晨，汪洋，孙富春，等.欠驱动水面船舶运动控制研究综述[J].控制与决策，2009，24（3）：321-329.
[5] 任光，牛井超，颜德文，等.新型船舶运动控制平台及海上实验[J].中国造船，2002，43（1）：64-69.。