2023年G题【空地协同智能消防系统】酒精过敏队

一、团队介绍

我们团队成员三人均来自山西省工科类高校（NUC），分别来自电子信息工程、通信工程、光电信息科学与工程专业，在本次第一次参加国电赛有幸获得国家二等奖的成绩。

二、题目要求

设计一个由四旋翼无人机及消防车构成的空地协同智能消防系统。无人机上安装垂直向下的激光笔，用于指示巡逻航迹。巡防区域为 40dm×48dm。无人机巡逻时可覆盖地面 8dm 宽度区域。以缩短完成全覆盖巡逻时间为原则，无人机按照规划航线逻。发现火情后立即采取初步消防措施，并将火源地点位置信息发给消防车，使其前往熄灭火源。空地协同巡逻及消防工作完成时间越短越好。如下图所示。

2023竞赛G题附图JPG格式.jpg

具体要求如下：

三、设计摘要

本次比赛我们设计了一个基于STM32F4飞控板的四旋翼无人机，以及核心主控为STM32F4的消防车，两者共同构成空地协同智能消防系统，其中包括了OPENMV图像处理模块、K210视觉模块、MPU6050、TFT-LCD、无线传输收发模块、UWB定位模块等。经过测试，该系统能够根据要求完成功能，无人机能够按照规划航线巡逻，发现火情后能够立即采取初步消防措施，并将火源地点位置信息发给消防车，使其前往熄灭火源。主要涉及到了定高算法，定点算法，ADRC 控制算法，图像处理算法等，最终实现了空地协同巡逻及消防工作。

四、题目分析

1.飞控系统
为了加强飞行控制系统程序的可编写性，我们在开源项目正点原子的基础上，删去其无用的多余功能并基于我们的要求进行一定程度的定制，并将其移植到我们自制的核心主控板上，采用STM32H7和STM32F4 型芯片作为无人机和消防车主控芯片，采用 MDK5为操作系统，结合激光及气压计进行高度数据的采集来进行定高，结合光流来进行位置的调节。
2.高度调节
本飞行器通过激光测距与气压计测距相结合的方式定高，实现飞行器高度的稳定。
3.位置调节
通过光流输出给飞控板一个目标相对于飞机的位置值，我们通过数据融合姿态及高度，对飞行器进行水平位置的调节。

五、总体设计框图

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六、硬件电路组成

硬件电路主要由外部视觉、无线传输，主控电路，主控供电板、姿态检测等部分组成。
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七、程序流程图

在编写程序时，首先实现无人机姿态矫正，通过PID改变各路PWM实现动态校准；在完成动态校准编写后，在此基础上对无人机的运动（前进后退等）进行编写，完成基础飞行动作；在基础编写完成后，对主控板和外设视觉等传感器进行交互，得到目标特征，并对特征进行处理，在基础运动的编程基础上对检测到的特征值做出相应的题目要求的动作（如降落等）；对UWB的数据进行处理得到实时坐标位置，通过位置信息进行闭环，完成巡航任务。流程图如下。
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