河南科技大学大学生研究训练计划(SRTP)项目申请书.doc

h项目类别项目批准号 河南科技大学大学生研究训练计划（SRTP）项目申请书项目名称： 基于MSP430单片机的单轴飞行器设计 申 请 人（主持人）： 徐军领 所在院系： 机电工程学院 专业年级： 测仪111 联系电话：指导教师: 刘春阳 职称 讲师 批准日期： 二 年 月 日 河南科技大学大学生研究训练计划（SRTP）项目管理委员会 填 表 说 明 一、 填写立项申请书前，请先咨询指导教师或有关专业教师。申请书的各项内容要求实事求是，逐条认真填写。表达明确、严谨，一律要求用打印稿件。 二 、申请书为A4本，于左侧装订成册。一式三份（至少一份原件），由指导教师和学生所在院系审查并签署意见后报送学校SRTP项目管理委员会。三 、“所在单位意见”一栏中，应注明研究人员、时间、条件、政策等方面的保证措施和意见。“项目类别”指A、B、C、D，A学术论文、社会调查类；B全国、省级竞赛（决赛）类；C实验设计和科技制作、科研类；D其他类。“项目批准号”不填，由学校统一编号。四、如表格不够，可以加附页。一、简表项目简况项目名称基于MSP430单片机的单轴飞行器设计项目类别A、学术论文、社会调查类； B、全国、省级竞赛（决赛）类；C、科学实验和科技制作、科研类； D、其他类。申请经费3000元起止年月2014.6-2015.6项目申请人姓 名徐军领性别男民族汉出生年月1992年9月专业年级测控技术与仪器2011级院系机电工程学院前一学期平均学分绩点兴趣爱好科技探索前一学期综合测评名次1电 导教师主要教学工作简历时 间授课名称授课对象学 时授课单位2012.10-12专业英语测仪101、10216机电工程学院2012.09-10光电检测技术测仪091、09232机电工程学院2012.03-05测试技术国教机制091、09240机电工程学院主要科学研究工作简历时 间项目名称获奖情况2012.10.302兆瓦永磁直驱式风机主轴轴承研制机械工业协会科学技术三等奖2012.10.30航天动力论组件性能检测系统研制机械工业协会科学技术二等奖项目组主要成员不含申请者姓 名性别出生年月专业年级所在院系学习状况项目中的分工签字王东方男1991.12测仪11级机电工程学院优秀方案设计程洪涛男1991.04测仪11级机电工程学院优秀方案设计赵迪男1993.11测仪12级机电工程学院良好资料采集常景景女1993.11测仪12级机电工程学院优秀资料采集二、立项依据（项目的意义、现状分析）以往在自然灾害发生时，由于是单纯的人工救援，而且设备也比较落后，更缺乏实时探测手段而影响救援时间和救援质量。而传统的飞行器往往易受到环境影响，无法稳定的采集数据，严重的受到空气气流扰动，一旦非正常落地，飞行器便毁坏了，不能安全稳定的进行救援方面的实时探测。在飞行器的研究方面，目前美国、日本、法国、德国等发达国家远远走在全球的前列，且成功研究了固定翼式、旋翼式和扑翼式各类飞行器。这些国家飞行器研究热点集中在无人直升机的性能，仿生学飞行器和四轴飞行器的研制上。宾西法尼亚大学最新研制的四旋翼飞行器可以在空中躲避障碍物并以最快的速度达到稳定状态。而其他仿生学的扑翼式飞行器的研究也一直受到人们的关注。日本最先发布了世界上第一个球形飞行器，可以在狭窄的通道内灵活穿梭，而我国对于这种飞行器的研究却很少。国内对于飞行器的研制起步较晚，有很多都停留在理论设计阶段，而对于新型飞行器的研究也与其他国家有一定的差距。从目前的研究水平看,实用化的控制模型及系统是当前研究的重点。本课题提出采用MSP430单片机作为处理控制核心，通过对姿态信息的采集和处理，设计研制具有GPS定位，图形采集，能够适应各种复杂环境，利用以无线遥控模块、无线视频模块实现飞行器的无线遥控和无线视频监控，为灾后现场的搜救，特殊的不利于人员进入的区域提供实时图像。 三、项目实施方案及实施计划实施方案和办法：本课题拟锻炼学生在单片机应用方面的能力和实际动手能力，需要学生自己设计，购买、电池、电机等元件，设计以MSP430单片机为核心的姿态测量和运动控制系统，通过MEMS陀螺仪和加速度计对飞行器的角度姿态进行检测，并对数据进行滤波融合，获取飞行器的运动角度姿态信息，驱动电机运动，实现飞行器的动态平衡和移动功能。计划安排：收集资料、模型分析和基础知识学习（2个月）；硬件结构设计和控制电路设计（1个月）；硬件电路绘制、制版、焊接（2个月）；硬件调试和算法设计（4个月）；实验和完善（2个月）；论文撰写和结项（1个月）。可行性：大二、大三的学生已经完成或正在学习电路、机械、传感器、单片机等方面的课程和知识，考虑到在信息处理、运动控制的程序编写和调试等方面的动手能力还需要实践和提高，且是利用课余时间完成本课题的任务，因此本课题采用的设计方案较为简单合理，注重系统功能的实现。本课题以大三学生为主，做机械和电路结构设计及系统调试方面的工作，大二学生为辅，做模型分析等方面的工作，且课题组成员以兴趣为向导，加上老师的指导，具有在研究周期内完成相关内容设计的能力。四、预期成果预期成果包括：1. 发表1-2篇期刊文章。2. 设计并制作成功具有飞行能力的飞行器实物。五、本项目的特点与创新之处本课题的特点是注重锻炼学生的动手实践能力和所学知识综合运用的能力。对于本科生来说，课题的难点在于：机械结构和控制电路设计及调试、传感器信息的融合处理算法设计、电机的驱动控制算法设计等方面。这些恰是所学专业知识的有效运用和融合，需要学生在实践中加深对所学知识的理解，并在实际设计和调试工作中学会查找资料、建立模型、分析数据、设计电路、编写程序等工作，提高自主学习的能力。本课题的创新之处：1. 采用低功耗高性能的MSP430单片机作为处理核心。具有处理速度快，能量消耗低，应用简单灵活，内部资源丰富，易于功能扩展等特点。2. 姿态信息融合处理的算法设计。采用复合互补算法对采集的转角信息和角速度信息进行融合，通过实验确定适合的权重关系，提高角度定位的准确性。3. 运动控制算法的设计。飞行器保持动态平衡的运动控制有PID控制、自适应控制、状态反馈控制等多种方法，通过对多种方法比较和综合，确定控制算法融合的规律和参数，提高系统动态平衡和抗干扰能力。4. 克服对起飞和降落要求较高的缺点，并能在空中实现悬停，这可以使该作品适合在室内等环境中使用。同时，在难以接近或很难到达的工作环境中，在危险的工作环境中，在狭窄的工作环境中，在飞行时间长的工作环境中，进行搜寻和营救、监视、远程监控等任务。六、项目研究基础主持人与本项目相关的专业知识积累和已取得的成绩。1.模拟电子技术94；2.数字电子技术94；3.传感器技术 91；4.2013年全国数学建模大赛获得省二等奖；5.获得计算机二级C考试证书；指导教师的教学、科研工作积累和已取得的工作成绩。指导教师刘春阳系机电工程学院测控技术及仪器教研室教师，主要承担测试技术、光检测技术等课程的教学任务，并参与仪器电路课程设计、单片机课程设计等教学活动。科研方面，参与机械设计及传递系统重点实验室的相关科研活动，参与项目包括：风机主轴承的在线监测及故障诊断，负责数据采集系统的设计工作；高铁轴承试验台项目，负责信息采集系统设计。项目组成员的学习情况。王东方：专业排名8， 2013年全国数学建模大赛获得省二等奖；程洪涛：专业排名11，2013年全国数学建模大赛获得省三等奖；常景景：专业排名7；赵迪：成绩良好七、经费预算购