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实验室或功能区 人工智能+开发实训区 - 方案文档

人工智能+开发实训区

建设无人机人工智能与开发实训区,学员可掌握从基础操作到前沿开发的复合型技能:以无人机为应用场景,学生可以学习如何将人工智能、传感器等技术集成到无人机系统中,开发无人机的智能应用,如自主导航、目标跟踪、环境感知等。

主要功能
一个集教学、实践、科研与创新转化的综合性平台,既能为师生提供真实的嵌入式系统开发环境与无人机操作场景,助力学生将抽象理论转化为实践技能,夯实专业知识基础;又能支持开展前沿科研项目,为无人机动力系统优化、AI视觉算法改进等研究提供实验场地与技术支持;同时,还可作为产学研合作的重要载体,促进学校与企业深度合作,推动科研成果向实际应用转化,为社会培养适应时代需求的复合型人工智能与嵌入式开发人才。
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。
无人机与机械爪
能够提供无人机和机械爪开发平台,可根据需求实现对应的功能,还可以满足一系列竞赛的要求。
无人机动力匹配测试
通过无人机动力测试实验平台无人机可进行螺旋桨、电机的匹配度测试等功能。
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。

教学无人机机械抓取平台

HT500Z是面向教学与竞赛的机械抓取无人机实训平台,配备可拆卸机械爪模块,支持物品抓取、运输及定点投放功能。

系统内置航线规划与基础避障能力,可满足物流运输课程实训需求,也可用于无人机相关竞赛。平台采用模块化设计,支持二次开发,便于与教学体系对接。

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。

无人机动力系统测试实训平台

无人机动力系统测试实训平台是一款专业化的智能检测系统,集成高精度传感器阵列与模块化设计,可同步采集拉力、扭矩、转速、电压电流等数据,通过闭环控制系统实现电机效率、桨力效率的实时分析。平台配备双冗余应急保护机制,包括物理急停按钮与软件过载保护,确保测试安全。核心功能涵盖螺旋桨气动性能验证、电机KV值匹配度测试、动力系统能耗优化,支持定桨距/变桨距多场景模拟,为无人机研发提供从单机部件到整机动力链的全流程测试解决方案。

10kg级植保农用无人机飞行平台

10 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z10的对角轴距 1300 mm,最大起飞重量 26.1 kg,药箱容积 10 L,是一款高效的植保无人机,精准喷洒助理农业生产,同时适配教学场景,可以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。

AI视觉无人机开发平台(激光雷达版)

激光雷达版搭载VisBot 3代视觉模块,双轴增稳云台以及4线LiDAR激光雷达,适用于无GPS环境下基于视觉/LiDAR的无人机定位/导航/避障算法的验证与开发,以及室内无人机组网编队的研究。激光定位基于LiDAR激光传感器获得的点云数据,并且融和惯性导航模块的6轴数据,实现的LIO算法。视觉定位是通过基于双目视觉传感器的双目图像,融和惯性导航模块数据,实现的VIO算法。可以基于动作捕捉系统定位,支持VRPN协议实时获得定位信息,提供真实飞行数据。避障功能是基于定位结果,基于LiDAR点云/iTof深度图/双目产生深度图,实时生成地图和路径规划的避障算法。

激光雷达通过发射激光束并接收反射光来测量距离,能提供高精度的距离数据,可精确探测到障碍物的位置、形状和大小等信息,相比单纯的视觉传感器,受光照条件、物体表面纹理等因素的影响更小。可以在诸如电磁干扰、强光干扰等复杂的环境中稳定工作,减少因外部干扰而导致的误差,保证无人机对周围环境的准确感知。结合激光雷达获取的大量精确距离数据和OWL mini3L自身的计算能力,能够快速构建出周围环境的三维模型,为无人机的自主导航、路径规划以及避障提供更全面、准确的信息基础,使其能更好地适应复杂多变的环境。

20kg级植保农用无人机飞行平台

20 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z20药箱容积 20 L,是一款高效的植保无人机,精准喷洒助力农业生产,同时适配教学场景,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。

25kg级植保农用无人机飞行平台

25 kg级农用植保教学无人机飞行平台HT-Z25为六轴六桨结构,药箱 25L,喷幅 5-7m,每架次可喷 20-30 亩,具备全自主飞行、避障等功能,支持夜间作业与后台监管。​

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。

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。

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 20 中航恒拓 STM32 Drone ARM
2 小型农业植保无人机竞赛实训平台 1 中航恒拓 HT-Z2
3 教学无人机机械抓取平台 2 中航恒拓 HT500Z
4 5kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z5
5 无人机动力系统测试实训平台 1 中航恒拓 DT100
6 10kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z10
7 AI视觉无人机开发平台(激光雷达版) 1 中航恒拓 OWL Mini 3L
8 20kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z20
9 25kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z25
10 30kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z30
11 50kg级植保农用无人机飞行平台 1 中航恒拓 HT-Z50
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
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。
无人机算法入门课程
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。
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