一种基于Android的无人机远程定位系统的设计

汤泽军

摘 要：采用STM32F07VCT6作为嵌入式MCU构建现场控制器，应用定位技术、获取定位对象（无人机）的地理信息，通过GPRS或3G等与数字移动终端进行通信，从而能在数字终端的地图上定位无人机的位置。该无人机远程定位系统主要实现如下功能：远程网络通信，无人机位置信息采集，位置信息传输，在数字地图上进行位置定位。

关键词：STM32F07VCT6 远程定位 无人机 远程网络通信

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（b）-0003-04

Design of a UAV Remote Location System Based on Android

Tang Zejun

（Changsha Aeronautical Vocational and Technical College， Changsha Hunan， 410124， China）

Abstract： Using STM32F07VCT6 as the embedded MCU construction site controller， positioning technology， positioning object （UAV） acquisition of geographic information， communication and digital mobile terminal through GPRS or 3G， which can locate the UAV's location on the map in digital terminal. The unmanned aerial vehicle remote location system mainly realizes the following functions： remote network communication， UAV position information collection， position information transmission， positioning on the digital map.

Key Words： STM32F07VCT6； Remote location； UAV； Remote network communication

無人机外形结构简单，造价低廉，可在空中长时间飞行，通过远距离控制可前往一些危险、未探测领域，有效保障机操作人员的人身安全，无人机的这些优点使其广泛应用于军事及民用领域。GPS定位技术精度高、可靠性强、使用方便，也得到广泛应用。基于无人机的优点和GPS定位技术的发展，以无人机为搭载平台，提出了基于Android的无人机远程定位系统。

定位技术是通过定位模块或其他定位设备等定位信息，送到MCU进行数据解析、处理而获得地理位置数据的技术。目前，定位技术在工程安全监测、设备运行监控、交通导航、目标定位等方面得到广泛应用。该系统采用STM32F07VCT6作为嵌入式MCU构建现场控制器，应用定位技术、获取定位对象（无人机）的地理信息。再通过GPRS或3G等与数字终端进行通信，在数字终端的地图上定位无人机的位置。通过系统软硬件设计与制作实现一个远程定位系统。

1 定位系统的技术要求

我国在20世纪50、60年代开始研制无人机，并在80年代开始对其进行应用。虽然起步较晚，但是其发展速度非常快，国内研究学者几十年来坚持不懈的努力使我国在无人机技术方面得了一定科研成果，数十种无人机已经作为靶机或侦察机应用于军事领域。无人机的定位功能，实际上就是确定某一目标在某一参考坐标系中的相对位置。该远程定位系统的技术要求有两点：一是要能获取远程定位对象（无人机）的定位数据经度、纬度、海拔高度、速度信息；二是在数字终端的地图上显示定位对象（无人机），要求误差在±10 m以内。

2 远程定位系统硬件系统设计

2.1 系统硬件框图

根据功能分析、总体框图、系统硬件只需设计下位机的硬件电路。下位机主要实现无人机定位信息采集与数据通信。硬件结构如图1所示。

2.2 主要器件选择型

（1）GPS模块选择。

GPS模块种类很多，品种齐全，从性价比角度考虑，选择GR-87型GPS模块。GR-87型GPS模块采用SiRF第三代高灵敏度、低耗电量芯片StarIII。内建ARM7TDMI CPU可符合客制需求。具备快速定位及追踪20颗卫星的能力，内置标准25 mm×25 mm×4 mm陶瓷GPS天线模块。体积超小。芯片内建200 000个卫星追踪运算器，大幅提高搜寻及运算卫星讯号能力。内建WASS/EGNOS解调器，低耗电量，具备有省电模式（Trickle-Power）功能，以及在设定的时间才启动的定时定位。支持NMEA018 3.22版本规格输出。模块规格特性如下，可用于机载导航。

（2）通信模块选择。

该设计选用无线网络通信方式， WiFi模块电路能提供一种将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，并提供UART串口等接口传输数据的解决方案，接口方式简单。设计中选用USR-WIFI232-T模块，该模块硬件上集成了MAC、基频芯片、射频收发单元以及功率放大器；嵌入式的固件则支持Wi-Fi协议及配置，以及组网的TCP/IP协议栈，是一款一体化的803.11 b/g/n Wi-Fi的低功耗模块。

（3）硬件电路搭建。

由于系统采用专用GPS接收模块与WiFi网络通信模块。增加了GPS模块接口电路，通信模块与最小系统通过串口相连接，GPS硬件电路如图2所示，WiFi模块接口电路如图3所示。

3 远程定位系统软件系统设计

3.1 软件设计思路

下位机完成无人机定位信息的采集与数据的发送与指令的接收，上位机接收数据并打開数字地图，在地图上定位无人机的位置，因此软件分为移动终端地图定位部分和无人机定位部分两大部分。其中无人机定位部分按功能分为GPS定位模块和WiFi通信模块。主程序参考流程图如图4所示。

3.2 下位机程序设计

（1）定位模块程序设计。

GPS解码程序流程图如图6所示。

（2）WiFi模块程序设计。

数据通信协议如表1、表2所示。

参考程序流程图如图5所示。

3.3 上位机程序设计

终端位置为手机自带GPS位置用标记表示，无人机经纬度来自下位机上传来的无人机GPS模块位置信息，用标记表示。点击清除标记按钮可清除无人机与终端位置标记。点击终端位置按钮，能定位终端位置并把位置信息显示在地图上。点击无人机标记按钮，能向无人机发送无人机位置请求信息来获取无人机位置信息。用手机作为终端的程序运行界面图，如图7所示。

3.4 远程定位系统调试

WiFi模块调试。安装WiFi模块，调试WiFi通讯协议。在移动数字终端的控制下通过WiFi传送数据，观察数据是否发送与接收一致且稳定可靠。GPS数据解析调试。下位机读出GPS数据与卫星数据调试软件数据进行比对，观察在同一地点的经度、纬度、海拔是否一致。定位数字地图显示调试。数据输入位置参照地点的经度、纬度查找百度地图定位位置。观察参照地点是否与真实地点一致。系统联调，控制驱动无人机，搭载运行下位机，同时启动移动终端数字地图运行程序，控制无人机，观察数据定位数据与定位位置，判断飞行轨迹与定位是否一致。

4 结语

该系统应用STM32控制器的串口通信端口与GPS模块、WiFi模块接口实现定位数据的读出与解析、定位数据的无线网络传输；学习搭建Android开发环境、Android程序开发，特别是编写网络通信程序和百度地图配置应用，实现应用百度地图显示定位位置。STM32控制器串口通信端口与GPS模块、WiFi模块接口中应考虑是否应用电平的转换器件以及双方通信协议的一致性，应做到数据的处理与解析的正确。在网络通信中主要是对Apache 的HttpClient的封装来实现的一个HTTP编程接口，在百度地图定位中主要是在Android应用中使用百度地图API，并完成相应的配置。

参考文献

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