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學校名稱

物理與電子科學學院

學生姓名

學  號

專      業

性 別

入 學 年 份

呂豪

201455110207

電子科學與技術

男

2014年9月

戴佳琪

201455110217

電子科學與技術

男

2014年9月

童建聰

201455110208

電子科學與技術

男

2014年9月

常警元

201455110206

電子科學與技術

男

2014年9月

王振宇

201455110209

電子科學與技術

男

2014年9月

指導教師

朱致英、吳麗娟、宋月

職稱

副教授、副教授、研究生

項目所屬

一級學科

電子科學與技術

項目科類(理科/文科)

理科

學生曾經參與科研的情況

呂 豪  2015-2016年度科技立項 《智能照明系統》

       2014-2015年度科技立項 《遠距離無線供電技術》

      第九屆物電杯電子設計大賽優勝獎

戴佳琪2015-2016年度科技立項 《智能照明系統》

      第九屆物電杯電子設計大賽優勝獎

童建聰2015-2016年度科技立項 《紅外溫度采集顯示系統》

      第十屆物電杯電子設計大賽優勝獎 《智能尋跡小車》

王振宇 第十屆物電杯電子設計大賽優勝獎 《智能尋跡小車》

常警元 第十屆物電杯電子設計大賽優勝獎 《智能遙控小車》

指導教師承擔科研課題情況

吳麗娟：副教授，博士畢業于電子科大微固學院，從事集成功率器件領域多年，有著豐富的經驗。

1、主持國家自然科學基金青年項目1項，湖南省教育廳科研項目1項、主持四川省教育廳項目1項，青年學術骨干帶頭人項目1項，人才啟動項目1項；

2、發表科研論文15篇，其中SCI 收錄8篇，EI收錄 5篇，CSCD論文 2篇；其余排名論文8篇，會議論文2篇。

3、申請國家發明專利6項，授權1項；

完成項目4項，其中國家自然科學基金項目3項，省部級項目1項。

[1] 省部級預研項目(NO.51308020201),(參與)；

[2] 國家自然科學基金項目(NO. 60906038) ,(參與)；

[3] 國家自然科學基金項目(NO. 60806025) ,(參與)；

[4] 國家自然科學基金項目(NO. 60976060) ,(參與)。

在研項目3項，其中國家自然科學基金項目1項，省部級項目1項，博士進校項目1項。

[1] 國家自然科學青年基金項目(NO.61306094)；

[2] 湖南省教育廳項目(NO. 13ZA0089 )；

[3] 長沙理工大學基金項目。

宋月：2018屆在讀研究生

申請發明專利2項，其中在審2項。

[1] 吳麗娟，宋月，章中杰，楊航，胡利民，袁娜. 低比導的新型高壓SJ功率器件.中國，發明專利，2016.4，申請號：201610213736.6

[2] 吳麗娟，章中杰，楊航，宋月，胡利民，袁娜.一種低比導的高壓功率器件.中國, 發明專利, 2016.11,申請號：201610987591.5

已發表論文：

[1] Li-Juan Wu, Zhong-Jie Zhang, Yue Song, Hang Yang, Li-Min Hu, Na Yuan, Novel high-K with low specific on-resistance high voltage lateral double-diffused MOSFET, Chin. Phys. B, 2017, 26(2): p.027101(5pp)

項目研究和實驗的目的、內容和要解決的主要問題

項目研究和實驗的目的：

本項目主要是基于K60設計一款集數據傳輸，顯示，和控制于一體的一個無線遙控手柄，將多功能控制手柄與傳統游戲標準手柄相結合，解決了傳統手柄用途單一，不易于擴展的問題，可用于航模，四軸，遙控小車,家電等設備的控制及調試，也可作為游戲手柄與PC端連接。

項目研究和實驗的主要內容：

1. NRF24L01無線傳輸裝置的設計

     無線數據傳輸裝置。通過單片機將輸出的六路模擬數據采集，再利用單片機內部的AD轉換部分將模擬信號轉換成數字信號，然后通過SPI總線將數據傳輸給無線發送芯片(NRF24L01) ,無線發送芯片將數據發送出去。同樣，接收端單片機通過SPI總線控制接收端芯片，將無線傳輸過來的數據接收，并將數據傳送給上位機，從而實現了對數據的采集、轉換、無線傳輸、以及存儲。

2. 三軸加速度傳感器設計

目標狀態數據采集裝置。采用三軸加速度傳感器的好處就是在預先不知道物體運動方向的場合下，應用三維加速度傳感器來檢測加速度信號。三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點，可以測量空間加速度，能夠全面準確反映物體的運動性質。

3. 磁導航計的實現

定位導航裝置。采用磁導航實現被遙控物體的位置方向等數據的采集，并用于一些簡單的自動巡航動作。

4. 藍牙模塊

數據交換裝置。通過藍牙模塊實現控制手柄與手機端的連接，實現遙控數據的實時交換，在必要時手機也可代替手柄成為控制器。

要解決的主要問題：

(1)信號數據的遠距離穩定傳輸。

(2)遙控狀態的數據采集顯示，包括速度、加速度、方向、位置等。

    (3)傳統標準手柄與多功能無線調試器的結合，主要是解決控制器與PC端和手機的實時數據交換。

    (4)解決一機多用，提高設備穩定性及兼容性。

國內外研究現狀和發展動態

現今，隨著電子技術的飛速發展，晶體管的發明和新型大規模遙控集成電路的不斷出現，遙控技術有了迅猛的發展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發展到現在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術在工業生產、家用電器、安全保衛以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波在空間向四面八方傳播，可以穿過障礙物，而且可以傳播很遠的距離，因此它的控制可以在很大區域內實現，作為遙控的主要方式，在國防、軍事、生產、建設和日常生活中有極其廣泛的應用。

“無線遙控器”顧名思義就是一種用來遠程控制機器的裝置。現代的遙控器，主要是由集成電路板和用來生產不同訊息的按鈕所組成。無線遙控技術原理就是發射機把控制的電信號線編碼，然后轉換成無線電波發送出去。接收機對載有信息的無線電波接收，放大，解碼，得到原先的控制電信號，這個電信號再進行功率放大，用來驅動相關的電氣元件，實現無線的遙控。

無線遙控器從1898年被開發出來后，隨著科技的進步，在生活中得到 了越來越多的應用，給人們帶來了極大的便利。無線遙控器分為兩種：一種是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的紅外線遙控（IR Remote Control）；另一種是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的無線遙控（RF Remote Control）。

美國、日本、德國以及包括中國在內的很多國家對遙控技術這一課題進行了大量的研究并取得了顯著的成果。從遙控視距的角度來看，遙控技術發展經歷了下面三個階段：視距遙控、超視距遙控和遠程無線遙控。對于視距遙控，操作員不與機器直接接觸，位于作業區的危險范圍外，通過直接觀察、發送指令來控制各種設備，一般來說，其可靠遙控作業距離為幾十米。在視距遙控基礎上發展起來的超視距遙控，雖然仍需要操作員靠近工作區作業，但通過其先進的數據傳輸手段和控制技術能夠為操作員提供作業區的反饋信息來克服視距遙控的某些局限性，增強了操作員對設備的遙控控制能力。與此相比，遠程無線遙控則顯示出了其更大的優越性，2011年2月29日在巴塞羅那舉行的第七屆世界移動通信大會上，美國電話電報公司向人們展示了新的無線遙控系統，通過智能無線連接系統，用戶可以用手機或電腦控制幾乎所有家中的設施，遠程控制窗簾、開關門、啟動壁爐等，無論身處辦公室或在回家的路上，都如同在家中一樣方便。

高可靠性也是遙控產品未來發展的重要趨勢之一，作為遙控的的重要產品之一，所有遙控器必須具備高可靠性及穩定性，并且如在有無線信號等地方，這都對遙控器的工作穩定性，以及環境適應性提出了更高的要求。

參考文獻：

1.李水平.《工業遙控器在起重機上的應用》.北京：機械工業出版社，1997.

2.胡宴如，耿蘇燕.《高頻電子線路》[M].北京：高等教育出版社，2009.

3.康華光.《電子技術基礎.數字部分》.北京：高等教育出版社，2006.

4.《通信世界 2003年第19期》

本項目學生有關的研究積累和已取得的成績

(1)項目成員都有參與無線遙控設備研究與學習的經歷，具備一定的技術基礎

都曾參與設計完成過一些簡易的遙控導航裝置，比如《智能尋跡小車》。

(2)項目成員負責并參與了多次科技立項研究，包括《遠距離無線供電技術》、《智能照明系統》等，擁有一定的動手能力。

（3）小組成員目前已完成無線傳輸、紅外遙控、三軸加速計模塊的學習和設計，完成部分代碼的編寫及調試工作。

項目的創新點和特色

(1)本設計為集數據傳輸、顯示、儲存和控制于一體的一個無線手柄，集多種功能于一身，提供了一個平臺以實現以下功能：四旋翼無線遙控，在線調試，參數管、智能小車、工業現場設備調試，圖像顯示，波形顯示、機器人控制，運動控制調試平臺、2.4G智能設備無線圖像傳輸顯示、供一個機器視覺平臺對傳輸回來的圖像分析（暫定）、家電紅外遙控，支持藍牙與電腦、手機設備聯接、重力感應遙控、觸摸功能。

(2)手柄本身就是一款游戲機，可外接內存卡，在手柄上直接就能打俄羅斯方塊等小游戲，也可以與電腦上位機相連打一些特定的游戲。

(3)本設計靈敏度高，抗干擾能力強，性能穩定，易于擴展。

項目的技術路線及預期成果

技術路線：

鋰電池電源經穩壓電路（LT1085）穩壓，供給各個設備，處理器驅動顯示屏顯界面，結合搖桿、物理按鍵、觸摸屏按鍵做UI，陀螺儀通過姿態解算得到姿態角數據做重力感應控制，磁力計測量方位以便與智能設備方位統一，啟動通訊模塊（WIFI,2.4G,藍牙）與遙控對象聯接，對其進行遙控，遙控對象同時將各種參數按編碼格式數據發送至遙控器，遙控器解碼并分析顯示，同時該手柄為平臺開發棒控制、PID控制、模糊控制、布谷鳥算法，神經網絡協助管理。

支持圖像傳輸，手柄實時顯示，并為用戶預留了圖像處理功能，對智能設備發送來的圖像做機器視覺處理。WIFI聯網后可與物聯網設備通訊，實現遠程控制。藍牙可聯接手機、電腦，做游戲控制。通過紅外發射頭遙控家電設備、SD卡將數據存儲。

原創改良型RDP算法適應海量數據顯示，實時采樣、等效采樣切換選擇、FFT分析、視覺分析。提供基本處理函數，并提供用戶自定義函數接口。

部分模塊功能測試要求：

1. 四軸飛行器(主要測試三軸加速器及無線傳輸)

顯示PID參數、油門、飛行高度、姿態角、指向方位、電量信息、航拍畫面

運動遙控，PID參數在線修改，電調指令修改，定高控制，一鍵特技

2. 智能小車（主要測試磁導航計）

顯示PID參數，道路畫面，邊緣、中線參數，速度，標志位，舵機輸出量

方向遙控，剎車，PID參數在線修改，PID參數分析管理，速度設定。

3. 運動控制(主要測試目標數據采集)

舵機、電機輸出量，用戶自定義算法

4. 工業現場調試（主要測試終端數據顯示）

機器參數顯示，運行狀態顯示，參數記錄、更改，連接終端，出錯報修

預期成果：

項目成果為產品實物即一款無線手柄調試器，支持藍牙連接、紅外遙控、圖像傳輸、顯示、信號采集等功能、另外配備2.4寸彩屏，可外接內存卡。預期申請專利一項。

年度目標和工作內容（分年度寫）

2017年3月-5月：初期階段：相關文獻，程序案例收集整理，進行理論分析，安排分工。負責軟件方面的進行程序編寫的必要基礎能力訓練，如根據單片機程序案例進行程序編寫練習。負責硬件選擇及電路設計的，學習相關硬件知識，了解硬件的工作原理；學習Altium Designer軟件的使用。

 2017年3月-9月：中期階段：各成員根據項目要求對各模塊進行理論分析和模擬測試，尋找最合適的硬件搭配和最合理的電路設計。程序編程配合硬件進行，實時改進和優化程序功能。收集反饋信息。

2017年9月-9月：后期階段：根據中期的各種分析和測試，組裝生成最終產品。將產品進行最終使用測試，收集存在的隱藏問題，改進產品結構，提升穩定性。將測試的結果進行分析，歸納總結項目，寫成項目文檔。

指導教師意見

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