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实验室或功能区 单片机与嵌入式系统实训室 - 方案文档

单片机与嵌入式系统实训室

传统教学中理论课程与实践环节脱节,学生“重理论、轻实践”。单片机嵌入式实训室构建了“理论—实验—项目”的闭环教学体系,学生通过动手操作,实现从“听懂”到“会做”的跨越,显著提升教学效果。单片机嵌入式实训室是连接理论教学、实践创新、行业需求的枢纽,对提升人才培养质量、推动产教融合、培育创新人才具有不可替代的作用,是高校嵌入式专业建设的核心基础设施。

主要功能
围绕单片机核心模块设计实验,掌握硬件连接、程序编写,调试等基础技能,夯实嵌入式开发基础。
嵌入式系统与自动控制开发
通过嵌入式及无人机案例实验箱,可实现嵌入式系统课程、嵌入式传感器、自动控制、无人机飞控开发等方向的实验教学。
无人机植保技术
专注于无人机在农业植保中的应用,包括植保无人机的选型、农药喷洒技术、作业规划与实施等。学生将学习如何高效、安全地进行农业植保作业,提高农作物产量和质量。
训练无人机操作技能
通过训练,使学生能够熟练掌握无人机的起飞、降落、悬停、飞行、遥控操作等基本技能,确保在实际应用中能够灵活应对各种飞行任务。
培养应急处理能力
针对无人机可能遇到的失控、遇到障碍物、通信中断等紧急情况,进行专门的应急处理训练,提高学生在紧急情况下的应变能力和快速响应能力。
强化安全操作技能
强调安全意识和安全操作规程的重要性,确保学生在操作过程中严格遵守安全规定,保障自身和设备的安全。
无人机算法仿真
在计算机上模拟无人机在实际场景中的行为和传感器反应,提供机上各种传感器(如深度相机)数据,包括位置坐标、点云、深度图等,可在计算机中模拟无人机与人工智能算法,避免因程序设计不当造成无人机损坏或造成人员受伤。
无人机故障检测与维修
接头采用插拔接口设计,可同时设置多种不同的无人机故障,设置动力电源故障、分电板故障、电机供电故障、电机信号故障、接收机故障、飞控供电故障、电机转向故障,故障可通过插拔接口或者开关进行恢复复原。
无人机拆装与维护
能够使学生了解无人机基本构造与原理,掌握无人机组装维护、维修保养等相关理论知识与实操能力。
锂电池管理系统开发
锂电池作为无人机重要的配套组件,学习其相关理论知识和管理系统的原理十分重要,学生能够在掌握锂电池原理的前提下,开发电池管理相关软硬件和配套产品,培养学生在行业应用开发能力。
该 5KG 载荷无人机具备多任务执行能力,可搭载喊话器实现 5 公里内远距离扩音(130 分贝)、照明灯提供夜间照明,通过吊舱搭载的 700 万像素相机完成高清拍摄与变焦监控,还支持航拍扩展套件进行多角度拍摄及图传显示,能适应多种工作场景需求。
物流无人机以“轻量高载重+智能控制+精准投递”为核心,通过碳纤维航空铝结构、北斗高精度定位及配套智能设备,成为城市末端物流、应急救援、偏远地区配送的高效解决方案,可显著降低人力成本,提升物资投递的时效性与安全性。
无人机物流运输技术
展示无人机在物流运输领域的应用,包括物流无人机的选型、配送路线规划、货物装载与卸载等,学生将了解无人机物流运输的基本原理和操作流程,探索无人机在物流行业中的创新应用。多旋翼物流教学无人机通过其高冗余度设计、强环境适应性与物流专项参数,为学员提供了从基础飞行到复杂物流任务的完整技能培养体系。同时,其碳纤维材质与模块化设计也为设备维护与教学扩展提供了便利。
高压清洗作业
高空清洗无人机通过高压水枪、RTK高精度定位、全自主飞行模式及多重安全防护,成为工业清洗领域的高效解决方案,可广泛应用于建筑外墙、桥梁、船舶、石化设施等高空场景的清洗与维护,显著降低人工风险,提升作业效率与质量。
六旋翼电动应急救援无人机平台是一款专为高层建筑火灾、地震坍塌、危化品事故等复杂场景设计的重型工业级救援系统。
主要实验装备
嵌入式及无人机案例实验箱

嵌入式及无人机案例实验箱不仅可以满足传统的嵌入式及STM32相关课程的教学实验需求,还为课程设计提供了丰富的无人机飞控工程案例化实验。

该实验箱由四大部分组成,分别为STM32嵌入式实验板卡、平面对轴平衡调试平台、遥控控制器及配件、四轴飞行器。

通过嵌入式及无人机案例实验箱,可实现嵌入式系统课程、嵌入式传感器、自动控制、无人机飞控开发等方向的实验教学。嵌入式实验板卡的处理器采用STM32F407,可以实现丰富的嵌入式硬件外设实验,还可与平面对轴平衡调试平台配合完成对轴控制实验,实现无人机的飞控开发入门学习。


小型农业植保无人机竞赛实训平台

HT-Z2是一款专为教学而生的小型农业植保无人机竞赛实训平台,配备微型配套水箱、两个雾化喷头,与大型植保无人机功能和原理均相同,可满足植保教学、新手培训以原理展示和学习等用途,支持二次开发与改装,适用于各类学科竞赛和课程设计等需求,还可用于蔬菜大棚等小范围农业生产场景以及小面积场地消毒等用途。

无人机执照考证仿真系统

无人机执照考证仿真系统通过在计算机上安装模拟软件并搭配专用遥控器,能够高度还原真实场景下的无人机操作。该系统突破了真实飞行在时空、成本与安全方面的限制,为无人机操作学习、技能提升与技术验证提供了一套高效、安全的实践解决方案。

AI视觉无人机开发平台

OWL Mini 3无人机体积小,重量轻,更加适合算法验证。

5kg级植保农用无人机飞行平台

中航恒拓 5kg 级植保农用无人机HT-Z5为四轴四桨结构,药箱容量 5L,空载续航时间 18-25 分钟,每架次可喷 3-8 亩,助力农业植保高效作业。

无人机算法模拟仿真器

无人机作为空中机器人,在各行各业发挥了重要的作用,无人机的AI赋能和蜂群协同是近年来的研究热点。

高校实验室与科研领域是无人机控制算法与AI赋能的主要研究阵地。面对未来AI时代,控制算法与AI赋能的教学和研发方式被重新定义,行业亟需一种更快速、高效的无人机控制算法研发模式。

无人机模拟仿真器VISIM可帮助教学及科研工作者在第一时间对算法进行实践验证,提高教学和科研效率,模拟验证后再用真机测试,减少风险和炸机发生概率。

基于PX4_SITL和Gazebo的环境,提供位置、速度、加速度等控制方式,用户可以验证自己的飞控算法和外围控制算法。

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自主飞行和路径规划方面,模拟器适配了Ego-Planner开源算法和一些基本的路径生成算法,方便用户实现轨迹生成算法及轨迹控制验证;

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提供Ego-Planner-Swarm开源蜂群算法,用户也可在模拟器中开发/验证自己的集群/蜂群算法;

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VSIM模拟仿真器也提供AI目标识别、跟踪算法和框架,方便用户实现无人机对目标的追踪等实验;

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多旋翼无人机原理示教平台

多旋翼无人机原理示教平台面板集成飞控、飞控减震球、四路电机、四路电调、机架、分电板、电池、遥控器、接收机等部件,能够展示无人机部件和构成、基本原理、相关部件关系等,可用于无人机结构原理认知、无人机飞控系统调试、动力系统调试、载荷拓展模块设计开发调试等,还可以学习遥控系统、演示机械爪、图传与显示屏、反无人机系统的构造与工作原理,整体结构便于教学使用,可接入220V电源,通电后即可正常演示所有功能,机柜底部带4个万向轮方便移动。

30kg级植保农用无人机飞行平台

30 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z50对角轴距 1300 mm,最大起飞重量 66.8 kg,药箱容积 30 L,可满足学生对农业植保无人机构造与原理的学习,掌握大型无人机的操作与维护保养。

无人机故障检修实训平台

无人机故障检修实训平台功能全面,涵盖了硬件配置、飞行模式、传感器集成、功能扩展、实训平台结构、安全设计、故障设置与检测以及故障检测与维修等多个方面,能够为学生提供丰富的实训内容和良好的学习体验,有助于培养学生的无人机故障检测与维修能力。

该平台能够还原四旋翼无人机系统构成,直观展示无人机内部线路的连接方式,帮助学生深入了解无人机的硬件结构和电气连接。支持多种无人机故障情景,包括动力电源故障、分电板故障、电机供电故障、电机信号故障、接收机故障、飞控供电故障、电机转向故障等,接头采用插拔接口设计,可同时设置多种不同的无人机故障情景,设置的故障可通过插拔接口或者开关进行恢复复原,方便学生进行故障模拟和维修练习。

50kg级植保农用无人机飞行平台

50 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z50对角轴距 2260 mm,最大起飞重量 110 kg,药箱容积 50 L,可满足学生对农业植保无人机构造与原理的学习,掌握大型无人机操作与维护保养。

室内教学拆装调无人机实训平台

室内教学拆装调无人机实训平台HT380是一款专为教学而生的无人机实训平台,外观设计精美,机身采用高强度碳纤维和航空铝材质,配以M3内六角碳钢螺丝,牢固可靠,不易损坏,寿命长,可用于反复拆装,能够清晰展示无人机各零部件外观,使学生了解无人机基本构造与原理。配套多自由度桌面调试系统,无人机可通过快拆接口连接到调试器,配套专业遥控器,学生可在室内桌面上进行飞行调试,调参,避免炸机。

提供完备的使用说明书、拆装调试手册、全系列视频教程等学习资料,不仅可进行无人机相关教学以及零部件调试、故障检测维修、地面站调试与设置等学习,还可以用于学科竞赛、二次开发和改装。

无人机BMS锂电池管理系统教学实验系统

HT-Battery-EDU可实现对3至5节锂电池电压、电流、温度、SOC的测量,通过上位机软件、蓝牙、串口显示屏显示结果,实现过压,欠压,过流,短路保护,支持芯片内部被动均衡。提供原理图,源码,上位机,支持学生二次开发。

5kg载荷无人机

该 5KG 载荷无人机具备多任务执行能力,可搭载喊话器实现 5 公里内远距离扩音(130 分贝)、照明灯提供夜间照明,通过吊舱搭载的 700 万像素相机完成高清拍摄与变焦监控,还支持航拍扩展套件进行多角度拍摄及图传显示,能适应多种工作场景需求。

10kg物流无人机


大载重中型六旋翼物流无人机实训平台

物流无人机作为智慧物流的重要组成部分,其应用场景和技术优势已逐渐渗透到物流行业的各个环节。该平台设计具备承载重物的能力,对角轴距 1850 mm,最大载重 20 kg,能够执行重型货物运输、物资投放等任务,满足学生对大型物流无人机操作训练、物流飞行方案和飞行计划制定、飞行安全保证等学习和训练等需求。

无人机智能电池管理系统

无人机智能电池管理系统采用集成式手提航空箱设计,面板包含4路充电组接口,每组包含2-6S充电接口,最多可同时充放 4路2-6S锂聚合物电池。

支持多种安全保护设计,电源输入反接、欠压、过压保护和输出充电反接保护。

实时显示充电状态、每片电池的充电电流、电池电压和充电电量,对电池状态情况一目了然。

可选工作模式,支持轮流充电、同时充电、放电、电压检测;拥有极高的平衡效率,即使不平衡的电池组,在1C充电条件下,充电时间亦不到1小时。

系统功率低,效率高,自身功耗不超过1W,拥有极高的电能使用效率,充电时充电器不发热。

支持电池分析功能,可查看每片电池的起始电压,充电容量,停止电压。

教学无人机物流运输平台

HT-X8是一款30 kg大载重运载无人机,支持货箱搭载与空吊双模式,适配教学场景模拟实训,亦可满足运输行业配送需求。采用共轴反桨设计,动力强劲,还可以进行二次开发和改装,搭载更多设备,用于更多用途。

25kg吊装无人机

吊装抛投无人机可突破地形限制实现精准空投,将传统人力运输效率提升5倍以上,在灾害救援、军事行动等关键场景中显著降低人员风险与时间成本,为生命救援和战略投送提供革命性解决方案。HT-DZ25无人机采用模块化设计,可用于野外医疗、救援物资等吊装抛投,支持复杂地形作业,通过地面站实时规划航线,实现精准空投与任务协同。

无人机安全飞行防护场地

无人机飞行安全防护场地全方位守护无人机飞行训练和科学研究,为无人机实训实验筑起安全屏障,可避免因操作失误导致的人员受伤。

场地标准尺寸为5.0 m × 5.0 m × 2.5 m,采用桁架骨架结构、5英寸尼龙防护网,配套海绵地垫,不仅可用于无人机日常和赛前训练,也可搭建任务场地用于课题研究实验和各类创新实践。

50kg吊装无人机

吊装抛投无人机可突破地形限制实现精准空投,将传统人力运输效率提升5倍以上,在灾害救援、军事行动等关键场景中显著降低人员风险与时间成本,为生命救援和战略投送提供革命性解决方案。HT-DZ50无人机采用模块化设计,可用于野外医疗、救援物资等吊装抛投,支持复杂地形作业,通过地面站实时规划航线,实现精准空投与任务协同。

水域采样无人机飞行平台

取水无人机通过空中作业实现远程水源采集与运输,搭载智能定位系统和抽水装置,可快速到达湖泊、河流等水域,效率较传统人工采样提升80%。其突破地形限制的特性,尤其适用于干旱地区应急供水、农业灌溉及水质监测。在灾害救援中,它能安全获取污染区域水源,避免人员接触有害环境;在生态保护领域,实现非侵入式采样,减少对水域生态干扰。

无人机电池安全防爆柜

这款无人机电池安全防爆柜采用全钢四层结构,内部尺寸为长 510mm、宽 380mm、高 1500mm,可分层存放无人机电池。其核心功能是通过坚固的全钢材质和多层设计,为电池提供安全储存空间,有效隔离和防范电池可能发生的爆炸、起火等风险,保障电池存放过程中的安全性。

大型侦察探测无人机

侦察探测无人机可通过实时数据采集与智能分析,显著提升军事侦察、灾害救援及农业监测等领域的决策效率与任务安全性,是现代化智能作业的核心技术支撑。HT-JC11支持可见光和热成像双图像通道,具有双码流功能,可见光视频分辨率可达 1920*1080@30 fps; 热成像视频分辨率 640*512@25fps。地面站支持将双通道的视频进行画中画或独立显示,可随时切换大小图像。

气体检测无人机

气体检测无人机结合光学、红外、气体传感器,突破传统地面监测的时空限制,支持三维污染溯源‌。HT-JC15可用于空气中有害气体检测等作业,支持航线规划,根据场景灵活选择监测模块,支持同时检测8种有毒有害气体,数据准确,检测精度可达到ppb级。搭载高清摄像头,可同步记录画面。

驱鸟无人机

JC18驱鸟无人机,可用于教学培训。集成声光驱鸟系统,通过语音、超声波喇叭与爆闪灯联动,直观演示驱鸟原理。内置多样音效,支持不同场景策略教学。学生可远程操控训练,掌握调试与应急技能。模块化设计支持故障模拟,助力培养专业人才。

系留照明无人机

系留照明无人机通过地面供电实现24小时不间断悬停,配备高亮度LED灯组,结合智能调光系统与抗风设计,广泛应用于夜间抢险救援、大型施工照明、灾害现场应急指挥等场景,显著提升作业效率与安全性。

高空清洗无人机

高空清洗无人机通过高压水枪、RTK高精度定位、全自主飞行模式及多重安全防护,成为工业清洗领域的高效解决方案。可广泛应用于建筑外墙、桥梁、船舶、石化设施等高空场景的清洗与维护,显著降低人工风险,提升作业效率与质量。

系留清洗无人机

系留清洗无人机通过地面供电和供水实现长时间不间断悬停,无需充电补水即可满足工作需求,可用于大型建筑外墙、光伏板、风电叶片等的长时间清洁。

消防应急救援无人机

该多旋翼应急救援无人机采用电动六旋翼设计,具备双 IMU 飞控系统与备份 GNSS,可在 - 20℃~50℃环境及 6 级风力下作业,支持多种救援设备挂载,如双光吊舱、破窗装置、灭火组件等,适用于应急救援场景的多样化任务需求。

实验室设备清单
序号 设备名称 单位 数量 设备品牌 设备型号
1 嵌入式及无人机案例实验箱 40 中航恒拓 STM32 Drone ARM
2 小型农业植保无人机竞赛实训平台 5 中航恒拓 HT-Z2
3 无人机执照考证仿真系统 26 中航恒拓 SM-KZ
4 AI视觉无人机开发平台 4 中航恒拓 OWL Mini 3
5 5kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z5
6 无人机算法模拟仿真器 4 中航恒拓 VISIM
7 多旋翼无人机原理示教平台 1 中航恒拓 YL100
8 单板计算机 40 中航恒拓 ----
9 30kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z30
10 无人机故障检修实训平台 26 中航恒拓 GZ100
11 传感器模块套件 40 中航恒拓 ----
12 50kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z50
13 室内教学拆装调无人机实训平台 26 中航恒拓 HT380
14 无人机装调飞测一体化实训操作平台 26 中航恒拓 ZT100C
15 无人机BMS锂电池管理系统教学实验系统 40 中航恒拓 HT-Battery-EDU
16 无人机农业植保课程资源包 1 中航恒拓 XT-V9.0
17 无人机组装维修工具套件 26 中航恒拓 HT-ToolBox
18 计算机 1 主流品牌 主流型号
19 5kg载荷无人机 1 中航恒拓 HT-M100
20 无人机拆装耗材套装 10 中航恒拓 HT-Lib380
21 高性能计算机 40 主流品牌 主流型号
22 10kg物流无人机 1 中航恒拓 HT-WL10
23 拆装调无人机实训平台备用电池 52 中航恒拓 5200mAh
24 多隔板密码储物柜 2 中航恒拓 SG-04C
25 大载重中型六旋翼物流无人机实训平台 1 中航恒拓 HT-WL20
26 无人机智能电池管理系统 10 中航恒拓 HT-Charger
27 教学无人机物流运输平台 1 中航恒拓 HT-X8
28 钢制多层设备存放架 2 中航恒拓 SJ-4
29 25kg吊装无人机 1 中航恒拓 HT-DZ25
30 无人机安全飞行防护场地 1 中航恒拓 HT-Flight Zone
31 50kg吊装无人机 1 中航恒拓 HT-DZ50
32 水域采样无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-DZ05Q
33 无人机电池安全防爆柜 1 中航恒拓 FB150
34 无人机场地飞行道具 1 中航恒拓 HT-FLYP
35 大型侦察探测无人机 1 中航恒拓 HT-JC11
36 气体检测无人机 1 中航恒拓 HT-JC15
37 驱鸟无人机 1 中航恒拓 HT-JC18
38 系留照明无人机 1 中航恒拓 HT-ZM11
39 高空清洗无人机 1 中航恒拓 HT-QX50
40 系留清洗无人机 1 中航恒拓 HT-QX90
41 消防应急救援无人机 1 中航恒拓 HT-XF50
主要课程与实验
嵌入式系统及飞行控制系统原理与开发
基于ARM Cortex嵌入式系统,开发多旋翼无人机飞控系统。综合应用控制和传感器相关知识,在课程组提供的嵌入式系统开发板上,开发传感器采集模块、传感器数据融合和滤波模块、内环控制模块、外环控制模块、通信模块等,并将诸模块进行整合,形成一套完整的多旋翼无人机飞行控制系统。能够满足从单片机入门至传感器数据采集再到PID等全套实验需求。
STM32相关基础实验
■ 实验1:GPIO实验,点亮流水灯
■ 实验2:按键操作实验
■ 实验3:定时器与外部中断实验,实现LED定时闪烁与呼吸灯
■ 实验4:串口收发实验
■ 实验5:呼吸灯实验
■ 实验6:蜂呜实验
■ 实验7:电机驱动及空心杯电机实验
■ 实验8:TFT LCD实验
■ 实验9:ADC采样实验,并获取电池电压
■ 实验10:DAC输出正弦波实验
■ 实验11:WIFI实验
■ 实验12:MS5611实验
■ 实验13:SD卡实验,将SD卡中图片显示在TFT LCD
■ 实验14:SPI读取IMU数据实验
■ 实验15:IIC读取气压计 MS5611 数据
■ 实验16:PPM实验,遥控器定时器输入捕获
■ 实验17:PWM实验,通过外设输出PWM波控制蜂鸣器的音调
■ 实验18:磁力计数据获取实验
■ 实验19:陀螺仪积分获取角度
■ 实验20:传感器低通滤波实验
■ 实验21:加速度计3轴分解实验
■ 实验22:音频输出播放实验
■ 实验23:麦克风音频输入及信号处理输出实验
■ 实验24:ucos Mahony滤波实验
■ 实验25:ucos led实验
飞行控制系统相关实验
■ 实验1:陀螺仪实验,掌握陀螺仪数据及原理,获取角速度数据并计算角度。
■ 实验2:加速度实验,掌握加速度计原理,获取加速度数据并计算角度。
■ 实验3:磁力计实验,掌握磁力计原理,获取磁力计数据并计算角度。
■ 实验4:传感器校准实验,了解传感器误差来源,掌握传感器校准方法和软件实现。
■ 实验5:传感器低通滤波实验,掌握巴特沃斯低通滤波器设计,实现滤波器调参。
■ 实验6:姿态解析实验,了解无人机姿态表示方法,掌握 Mahony 滤波算法。
■ 实验7 DCM 方向余弦矩阵实验,了解方向预选矩阵,对 DCM 进行应用,获取运动加速度数据。
■ 实验8:无人机控制系统建模及实现。
■ 实验9:无人机对轴平衡调试试验。
■ 实验10:无人机定高飞行实验。
■ 实验11:无人机遥控飞行实验。
无人机与农业
掌握植保无人机、农业检测无人机构造与原理,掌握无人机操作与维护保养。
■ 实验1:植保无人机的认知
■ 实验2:植保无人机起飞前检查
■ 实验3:植保无人机飞行操控
■ 实验4:植保无人机撒播技术
■ 实验5:植保无人机辅助设备操作
■ 实验6:紧急情况下植保无人机的操控
■ 实验7:植保无人机维护保养与储存
■ 实验8:农药使用安全常识及病毒害
■ 实验9:植保无人机喷洒效果检验及飞防作业的实施
■ 实验10:植保无人机的拆装
■ 实验11:植保无人机故障分析及检修
■ 实验12:植保无人机硬件程序刻录刷写及固件升级
■ 实验13:植保无人机售后服务
■ 实验14:植保无人机作业规划
无人机模拟飞行
通过在计算机上模拟无人机飞行,能够降低实际飞行中的风险,提升训练速度和效率。 训练内容主要包括:
■ 实验1:多旋翼起飞与降落训练;
■ 实验2:多旋翼对尾悬停训练;
■ 实验3:多旋翼对头悬停训练;
■ 实验4:多旋翼右侧悬停飞行训练;
■ 实验5:多旋翼左侧悬停飞行训练;
■ 实验6:多旋翼航线动作训练;
ROS及相关技术
ROS系统而是一个运行在Linux等操作系统之上的次级操作系统。它通过提供硬件抽象、底层设备控制、进程间消息传递等功能,帮助开发者高效地创建和管理机器人应用软件,将机器人的软件功能模块化,形成一个个节点,这些节点可以通过发送消息进行通信,从而实现复杂的机器人行为。
■ 实验1:Ubuntu操作系统安装
■ 实验2:Ubuntu操作系统安装应用程序
■ 实验3:Ubuntu操作系统命令行操作
■ 实验4:ROS的安装
■ 实验5:ROS的运行(海龟移动)
■ 实验6:安装Visual Studio Code编辑器
■ 实验7:配置ROS环境并实现“Hello World”
无人机视觉
实验目的:了解和掌握无人机视觉跟踪技术的基本原理和实现方法
实验内容:由于无人机能搭载的传感器和处理器性能有限,因此与常规数字图像处理方法相比,要求所应用的方法同时具备实时性和可靠性。本实验需要综合应用SIFT、SURF、YOLO等视觉跟踪方法,利用学生自己的计算机,实现视觉跟踪,并要求在实验中开始学习使用ROS(机器人操作系统)、OpenCV等工具。
■ 实验1:K-MEANS网络搭建
■ 实验2:GAN网络搭建
■ 实验3:CGAN网络搭建
■ 实验4:YOLO网络搭建(V1-V8)
■ 实验5:基于YOLO实现目标识别
无人机滤波和传感技术
实验目的:了解和掌握无人机使用传感器和滤波器的基本原理
实验内容:本实验主要针对无人机控制系统中所使用的传感器和滤波器基本原理,包括IMU(惯性传感器)、GPS(全球定位系统)或北斗定位系统、Kalman滤波器或互补滤波器,通过实验,使用实际无人机上采集的传感器数据来融合出可靠的位姿数据,巩固所学知识。
■ 实验1:多传感器数据融合
■ 实验2:前端光流
■ 实验3:高效的去畸变方式
■ 实验4:误差卡尔曼滤波
■ 实验5:连续时间预积分误差传递
■ 实验6:离散时间预积分误差传递
同步定位与建图
实验目的:了解和掌握无人机同步定位建图基本原理和实现方法
实验内容:本实验主要探索无人机在不依靠外部定位手段,如GPS、无线基站和动作捕捉系统等的情况下,仅依靠自身携带的传感器进行导航、定位和地图建立的SLAM(同步定位建图)方法,合作完成一种或几种典型的SLAM方法原理调研、实际运行测试、评价等。
■ 实验1:VINS-Mono代码编译运行
■ 实验2:预积分零偏建模方式
■ 实验3:VIO初始化
■ 实验4:VIO数据预处理
■ 实验5:旋转外参初始化
■ 实验6:ceres解析求导以及核函数
■ 实验7:预积分残差计算
■ 实验8:预积分雅可比计算
■ 实验9:视觉重投影
■ 实验10:视觉雅可比
■ 实验11:滑动窗口边缘化
■ 实验12:VINS_Fusion介绍及运行
■ 实验13:VINS_Fusion光流优化
■ 实验14:VINS_Fusion初始化
■ 实验15:VINS_Fusion后端优化
■ 实验16:鲁棒的外点剔除策略
■ 实验17:VINS_Fusion的GPS融合
无人机位姿控制
实验目的:以多旋翼无人机为例,了解无人机位姿控制的基本原理和方法,并通过实验对无人机的闭环相应特性获得直观认识。
实验内容:本实验将基于室内无人机飞行实验,学习和体验无人机姿态位置和姿态控制的控制器设计和调节方法,包括姿态环(内环)参数调节、位置环(外环)参数调节、扰动抑制、轨迹跟踪等环节。通过实验,同学可以更深入了解无人机控制器的构成和不同控制器参数对于飞行品质的影响。
■ 实验1:无人机的数学模型
■ 实验2:无人机动力模型
■ 实验3:无人机姿态模型
■ 实验4:无人机位置模型
■ 实验5:无人机模型线性优化
■ 实验6:基于欧拉角的控制器
■ 实验7:PID控制
■ 实验8:基于四元数的控制器
■ 实验9:基于旋转矩阵的控制器
无人机视觉控制
实验目的:了解无人机视觉控制的基本原理,通过实验掌握无人机视觉的基本方法。
实验内容:本实验将基于机载立体摄像头的口袋式室内无人机实验平台,学习无人机视觉跟踪的基本原理,包括图像跟踪、解耦控制、轨迹平滑等环节。
■ 实验1:回环检测数据流
■ 实验2:基于dbow的回环检测
■ 实验3:回环校验
■ 实验4:通过后端滑窗优化回环帧位姿
■ 实验5:四自由度位姿图优化
■ 实验6:视觉地图的保存和加载
基于PX4的开源飞控系统
实验目的:基于PX4开源平台,研究并调试多旋翼无人机飞控系统。
实验内容:综合应用控制和传感器相关知识,在课程组提供的PX4系统上,学习传感器采集模块、传感器数据融合和滤波模块、内环控制模块、外环控制模块、通信模块等的开发方法,并利用Mavros(MAVLink + ROS)开发相应的机载计算机程序,实现上位机对无人机的实时操控。
■ 实验1:基于PX4的四旋翼建模与控制
■ 实验2:四旋翼模型与控制基础
■ 实验3:实际飞行测试
■ 实验4:日志分析
■ 实验5:传感器与遥控器校准原理
■ 实验6:PX4自定义任务并执行
■ 实验7:PX4自定义参数并使用QGC显示
■ 实验8:PX4自定义uORB消息并保存到日志
■ 实验9:PX4控制算法
■ 实验10:PX4中uORB概览
■ 实验11:PX4位置-姿态-角速度控制逻辑
■ 实验12:基于SO3的姿态控制
■ 实验13:TD微分跟踪器原理与仿真
■ 实验14:ADRC误差组合
■ 实验15:LESO原理与仿真
■ 实验16:LADRC角速度环Simulink仿真
■ 实验17:LADRC飞控C++代码编写
■ 实验18:LADRC仿真与实物测试分析
■ 实验19:非线性ADRC原理与仿真
■ 实验20:一键起飞
■ 实验21:自动降落
■ 实验22:速度平滑
单目视觉跟踪与识别系统
实验目的:研究和探索无人机单目视觉追踪和识别的方法。
实验内容:综合应用计算机视觉和深度学习等相关知识,学习和开发基于特征的无人机视觉识别与跟踪方法、基于深度学习的无人机视觉与跟踪方法,并在安装有Ubuntu和Ros的计算机上实现。
■ 实验1:单目视觉位姿估计
■ 实验2:基于ceres自动求导的单目视觉BA优化
■ 实验3:陀螺仪零偏初始化
■ 实验4:视觉惯性对齐求解
■ 实验5:基于已知重力的视觉惯性对齐调整
立体视觉导航与避障系统
实验目的:研究和探索无人机立体视觉导航和避障方法。
实验内容:应用深度相机、激光雷达等具备深度测量能力的传感器,学习和开发无人机立体视觉同步定位建图导航方法、基于特征或学习的避障方法,并在安装有Ubuntu和Ros的计算机上实现。
无人机虚实融合仿真系统
实验目的:研究和探索无人机虚实融合仿真方法。
实验内容:应用Ros提供的Gazebo等工具,通过无线或有线方式接入开源飞控Px4的数据,开发完整的无人机虚实融合仿真系统,在虚拟系统中为无人机安装单目摄像头、深度摄像头、激光雷达等视觉传感器,实现虚拟环境下的无人机自主任务规划与飞行测试。
无人机视觉导航与避障技术
实验目的:研究和探索无人机视觉导航和避障方法。
实验内容:基于搭载轻量化计算平台、双目摄像头和和PX4飞控系统的微型无人机,开发算力受限情况下的无人机自主双目点云生成算法、视觉导航算法和自主避障算法,在室内实现飞行验证。
无人机视觉编队与任务规划技术
实验目的:研究和探索无人机视觉编队与任务规划方法。
实验内容:基于搭载轻量化计算平台、双目摄像头和和PX4飞控系统的微型无人机,开发算力受限情况下的分布式无人机视觉编队方法、集中式/分布式/智能式任务规划方法,并在室内实现飞行验证。
无人机编队实验
实验目的:认识在不同的无人机编队协议下,无人机编队的性能。
实验内容:利用Matlab和QuarQ等工具进行编程,通过WiFi建立服务器和无人机集群之间的通信,实现无人机集群的集中式和分布式编队飞行,并通过航迹变换和施加外部干扰等,验证不同的编队协议的鲁棒性和快速性之间的差异。
无人机智能任务规划
实验目的:通过实验综合掌握无人机全自主飞行及智能任务规划相关的方法。
实验内容:在机载Ubuntu和Ros系统上进行编程,并通过Mavros等工具与机载PX4飞控系统通信,利用机载双目摄像头采集的视觉数据生成点云,实现无人机在无GPS等外部导航手段的引导下的自主定位、自主导航、避障、路径规划和目标匹配,最终完成在开阔实验室空间内的智能任务规划。
基于VISIM的飞行模拟
基于模拟器实现相关验证与开发。
■ 实验1 单台OWL无人机模拟
■ 实验2 多台OWL无人机模拟
■ 实验3 QGC控制单台OWL
■ 实验4 从命令行向单台OWL发送takeoff, landing, start, 和stoptask指令
■ 实验5 用rviz显示单台OWL传感器发出的数据
■ 实验6 OWL定点追踪移动物体
■ 实验7 路径规划:OWL简单路径规划,通过rviz设置目标位置
■ 实验8 路径规划:OWL使用ego_planner规划飞行路线,命令行与rviz结合控制
■ 实验9 用QGC和命令行控制多台OWL
■ 实验10 用rviz显示多台OWL传感器发出的数据
■ 实验11 通过rostopic向单台/多台OWL发布数据和命令
■ 实验12 OWL蜂群避障
无人机故障调试与维护
能够进行以下故障检测实验。
■ 实验1:无人机配电系统故障检测实验
■ 实验2:无人机电源管理模块故障检测实验
■ 实验3:无人机遥控通讯系统故障检测实验
■ 实验4:无人机电机缺项故障检测实验
■ 实验5:无人机电调信号故障检测实验
■ 实验6:无人机电调供电故障检测实验
■ 实验7:无人机动力系统综合检测实验
■ 实验8:IMU惯性测量单元校准故障检测实验;
■ 实验9:无人机飞控故障故障检测实验
■ 实验10:无人机系统综合故障检测实验
无人机结构与系统
该课程旨在使学生深入了解无人机的结构组成、各部件功能以及整体系统的工作原理。通过理论学习与实践操作相结合,学生能够掌握无人机的基本构造和系统设计原理。
■ 实验1:识别无人机各部件外观
■ 实验2:无人机相关软件安装与基本操作
■ 实验3:C++与Git
■ 实验4:遥控器使用
无人机组装与调试
这是一门实践性很强的课程,学生将亲手进行无人机的组装与调试工作,通过实际操作,学生将掌握无人机的组装流程、调试技巧以及测试方法,确保无人机能够正常、稳定地运行。
■ 实验1:无人机组装
■ 实验2:无人机零部件更换
■ 实验3:无人机零部件调试
■ 实验4:起飞前设置(固件、参数、传感器、电机、螺旋桨)
锂电池管理系统开发
了解锂电池相关技术,包括电池材料、成组方式,容量及充放电倍率等基本概念与工作原理,并开发电池管理系统软件。
■ 实验1:锂电池状态判断
■ 实验2:如何选择恰当的电池充电方式
■ 实验3:如何选择恰当的电池保管方式
■ 实验4:锂电池健康状态预测和应对
■ 实验5:搭建锂电池管理系统软硬件平台
■ 实验6:锂电池紧急情况处理
无人机物流技术
无人机物流飞行计划、航线规划、飞行安全保证。
配套课程资源
嵌入式系统及无人机飞控开发
视频教程,主要包括BirdFlight软件系统初始化详解、四旋翼全模型控制原理详解、无人机位置控制、无人机视觉识别与位置控制教学、飞控工程之系统初始化流程、空心杯无人机安装开箱视频、空心杯无人机调试。
配套共包括28个实验教学实验指导书。
无人机与农业
植保无人机、农业检测无人机构造与原理,无人机操作与维护保养等课程。
无人机模拟飞行训练
提供关于升降舵悬停练习、副翼舵悬停练习、升降舵+副翼舵悬停练习、四位悬停练习、八位悬停练习、自悬360度练习、正八字练习、无人机起降练习等视频教程。
无人机与深度学习
主要包括无人机算法、无人机与深度学习视频教程,主要包括零基础入门四旋翼建模与控制等。
人工智能基础
主要包括深度学习经典检测方法概述、K-MEANS、生成对抗网络、条件生成对抗网络等视频课程。
机器视觉
主要包括AlexNet网络思想与网络架构、YOLO-V1整体思想与网络架构、YOLO-V2改进细节详解、YOLO-V3核心网络模型、基于V3版本进行源码解读、YOLO V4和V5、迁移学习与Resnet网络等相关视频课程。
ROS和SLAM
主要包括ROS基础、机器人环境感知、机器人SLAM与自主导航、多模态SLAM技术和算法框架、激光-惯性子系统(LIS)及代码精读、视觉-惯性子系统(VIS)及代码精读、激光-视觉-惯性数据融合与优化融合、ROS理论与实践Moveit、ROS机器人综合应用等相关PPT、教案和视频课程。
无人机基本理论
无人机概论教材配套PPT课件,包含无人机的相关概念、特点和分类、无人机的发展历史现状与未来、无人机结构与系统、无人机的基本结构。航空气象PPT课件,主要包括大气的成分、基本气象要素、空气的水平运动、空气的垂直运动、云的分类、降水、能见度、低空风切变,能见度、视程障碍、气团和锋、锋面天气、雷暴、雷暴与飞行、飞机颠簸、飞机积冰。
无人机空域与法规电子版教材及PPT课件,主要包括空域知识、AC61《民用无人机驾驶员管理规定》、AC91《民用无人机运行管理规定》,《民用无人机驾驶航空系统空中交通管理办法》、《民用无人机驾驶航空器实名登记管理规定》、《民用无人机驾驶员合格审定规则》、《民用无人驾驶航空器经营性飞行活动管理规定》。无人机飞行原理与性能电子版教材,主要包括标准大气及其物理性质、流动气体的基本规律、飞机的几何外形和参数、升力的产生、影响飞机升力的因素、阻力、速度、高度、续航、速度、高度、续航、起飞降落与机动性能。
无人机装配调试
实训手册及视频课程,视频课程主要包括室内教学拆装调无人机实训平台组装上机臂及电机、组装上机臂20mm铝柱、组装下机臂、组装脚垫及机腿、组装电池板、安装机臂、安装电源模块及连接电调线、焊接电调线及BB响、安装LED灯及飞控、连接电调信号线和安装上主板、安装接收机并连接飞控线、固定电调和接收机天线、安装无人机桨叶、安装安全拉杆。
无人机物流技术
物流无人机操作与安全保证相关教程。
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