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基于Pixhawk4的水质检测无人船设计与实现
| 论文题名： | 基于Pixhawk4的水质检测无人船设计与实现 |
| 关键词： | 无人船;Pixhawk4核心控制板;传感器;自主巡航;水质检测;数据采集 |
| 摘要： | 随着我国经济发展与工业建设进程的不断加快，地表水污染现象愈发严重，急需采取措施进行治理。水质检测是水污染治理的前提，针对河流、湖泊传统检测方法在灵活性、便捷性与实时性等方面存在的不足，本课题研制了一款水质检测无人船，选用Pixhawk4为核心控制板，搭载水质检测传感器对目标水域进行水质检测，将获取的水质数据发送至水质信息软件端并对数据进行显示、存储和统计，能够快速、准确地定位相关污染源。本文具体工作内容如下： （1）根据水质检测无人船的设计需求进行总体方案设计，将系统划分为无人船模块、通讯模块和水质信息模块。选用Pixhawk4作为无人船主控板，对船体、推进方式及相关元器件进行设计和选择，对现有的远程通讯手段进行了分析，搭建了基于4G的无线通讯网络，根据我国水质检测相关标准选择相应的水质传感器并阐述水质信息模块的结构。 （2）设计并实现了无人船模块的控制、导航与避障功能。首先对无人船运动模型和控制方案进行分析与设计并在ArduPilot代码基础上进行开发，通过仿真计算确定了动力部件相关参数。其次选择组合导航的方式使用扩展卡尔曼滤波算法对GPS与IMU传感器数据进行了融合，提高了无人船的定位精度，使用L1制导控制算法完善了无人船的航向控制功能。最后设计了以超声波传感器为核心的避障策略，保障了无人船安全航行。 （3）设计并实现了水质信息采集功能。首先设计了无人船水质检测的工作流程，其次以树莓派3B为控制板，基于Modbus协议编写了传感器数据采集程序，设计了基于V4L2的双目相机图像采集系统，最后使用C++基于Qt和MySQL编写了水质信息软件，搭建了水质信息数据库，实现了水质信息的实时接收、显示、分类存储和查阅。 （4）安装并调试无人船系统，对其运动、导航、避障和水质检测等功能进行测试。实验结果表明，本课题设计的无人船能够满足设计需求，具有良好的性能。 |
| 作者： | 马志坚 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 郭玲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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