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实验室或功能区 无人机行业应用与系统开发实训室 - 方案文档

无人机行业应用与系统开发实训室

无人机行业应用实训室专注于无人机在各行各业中实际应用的综合性实训场所,包含特定应用场景无人机特点相关理论知识和无人机软硬件系统开发等方面,融合了无人机操作、行业应用技能培养、软硬件开发、数据分析及项目管理等功能。该实验室不仅配备了多款行业级无人机及其配套开发设备,还引入了先进的模拟软件和数据分析工具,旨在为学生提供贴近行业实际的无人机应用环境,学生能够全面了解无人机的行业应用,为将来的职业生涯奠定坚实的基础。

主要功能
无人机行业应用基础
旨在使学生全面了解无人机在各行各业中的应用现状和发展趋势,通过案例分析等方式,使学生能够深入了解无人机在不同领域的应用场景、技术要求和操作流程等。
无人机行业应用实训
学生将在无人机行业应用实验室中参与真实的行业应用项目。通过分组合作,学生将针对特定行业需求进行无人机操作、数据采集与分析、操作计划编制、解决方案设计与实施等全流程实训,并能够结合实际需求,选择恰当的无人机机型,从而全面提升其行业应用能力。
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。
航拍航测专项学习与训练
学生通过航拍航测专项训练能够掌握航拍航测无人机相关基本操作要领和拍摄手法,并掌握基本的图像和视频后期处理方法,能够制作具有一定水平的图片和视频作品。
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。
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。
无人机传感器系统开发
无人机等任何智能设备都离不开传感器技术,学生需要了解各类传感器的工作原理和特征并结合理论知识完成传感器系统软硬件开发,并将相关传感器与无人机结合以实现更多功能,能够培养学生的综合开发能力。
惯性导航系统开发
惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统,可用于无卫星定位时的持续导航定位。学生可以通过学习相关技术原理,并开发符合实际需求的软硬件系统并与无人机进行结合,培养学生的软硬件开发能力。
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
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。

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。

多旋翼航拍教学无人机开发平台

本平台专为院校无人机航拍与开发教学打造,采用碳纤维可折叠四旋翼机身,内置GPS高精度定位模块,兼顾便携与稳定性。搭载STM32全开源飞控(C++编写,支持二次开发),通过配套地面站可完成PID调参、传感器校准、航线规划等实训。配备三轴云台4K相机(1/1.7英寸索尼CMOS,320°航向轴)及高通八核图传遥控器(5.5英寸1080P高亮屏,15km双路数字图传),支持超高清航拍与第一视角任务飞行。提供纸质实训手册、飞控开发教程及11节视频课程,覆盖地面站操作、代码编译等环节,是飞行控制与航拍应用一体化教学的理想平台。

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。

多旋翼航拍教学无人机

多旋翼航拍教学无人机机身可折叠,具有全向避障功能,配备8个广角视觉传感器,能够在复杂环境中自动避障,减少碰撞风险。机身前方、后方、下方均具备视觉感知系统和红外感知系统,能够支持室内外稳定悬停、飞行,具备自动返航及三向环境感知功能。其抗风能力达到12m/s,适合在多种环境下稳定飞行。续航时间为43分钟,足够完成大部分拍摄任务‌。

支持多种智能拍摄模式,如焦点跟随、大师镜头、一键短片等,操作简单,适合不同水平的用户。通过红外传感系统及补光灯辅助可实现定位功能,满足无人机航拍技术教学及实训课程。


多旋翼航测教学无人机

多旋翼航测教学无人机可以让学生了解无人机的飞行原理、操作技巧以及航测的相关知识,提高学生的实践能力和专业素养。在农业、林业、电力、交通等行业,可用于巡检、监测等工作,提高工作效率和质量,降低人力成本。凭借其高精度的悬停和定位能力以及高像素的拍摄功能,可执行各种航测任务,如地形测绘、土地调查、资源监测等,为相关领域提供准确的数据支持。

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。


无人机传感器技术开发实训平台

无人机通常采用多种传感器,通过数据融合技术将来自不同传感器的数据整合成更准确的信息。传感器之间的协同工作可以实现无人机的高度自主飞行和复杂任务执行。无人机传感器技术开发实训平台提供多种传感器模块,主要包括惯性导航传感器模块、红外传感器、温湿度传感器、火焰传感器等。传感器模块套件配合单板计算机,实现各种传感器原理、应用、上位机软件编写等实验。

无人机GNSS INS惯性组合导航开发模块可用于学习无人机惯性导航。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

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。

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 小型农业植保无人机竞赛实训平台 4 中航恒拓 HT-Z2
2 大载重中型六旋翼物流无人机实训平台 2 中航恒拓 HT-WL20
3 多旋翼航拍教学无人机开发平台 10 中航恒拓 HT500HP
4 教学无人机机械抓取平台 4 中航恒拓 HT500Z
5 多旋翼航拍教学无人机 10 DJI Mavic 3 Pro
6 多旋翼航测教学无人机 4 DJI Mavic 3E
7 嵌入式及无人机案例实验箱 40 中航恒拓 STM32 Drone ARM
8 无人机传感器技术开发实训平台 40 中航恒拓 HT-Sensors-EDU
9 无人机动力系统测试实训平台 2 中航恒拓 DT100
10 计算机 40 主流品牌 主流型号
11 桌椅 40 中航恒拓 主流型号
12 设备储存柜 2 中航恒拓 ---
13 实验室装修及综合布线 1 定制 ----
主要课程与实验
本实验室主要为开放性实验,无固定的实验方法,旨在锻炼学生的学习能力和创造能力,部分实验可供学有余力的同学选择性完成。
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
无人机物流技术
无人机物流飞行计划、航线规划、飞行安全保证。
无人机航拍及图像处理
了解掌握航拍无人机构造与原理,实现操作无人机进行航拍,熟悉航拍运镜和图像、视频处理。
■ 实验1:航拍运镜实践
■ 实验2:图片处理与调色实践
■ 实验3:视频调色实践
■ 实验4:视频剪辑实践
■ 实验5:人物追踪及跟拍实践
■ 实验6:航拍综合实战
■ 实验7:紧急情况下航拍无人机的操控
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。
无人机传感器原理相关开发
常用传感器数据读取和应用。
■ 实验1:红外避障碍传感器数据采集与展示
■ 实验2:霍尔传感器数据采集与展示
■ 实验3:温度湿度传感器数据采集与展示
■ 实验4:火焰传感器数据采集与展示
■ 实验5:上位机软件开发
惯性导航原理与相关开发
了解惯性导航相关原理并开发上位机软件。
■ 实验1:获取IMU数据
■ 实验2:获取卫星定位数据
■ 实验3:IMU与卫星定位数据融合
■ 实验4:在地图中记录轨迹
■ 实验5:GPS与Move_Base导航
■ 实验6:上位机软件开发
配套课程资源
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。
无人机物流技术
物流无人机操作与安全保证相关教程。
无人机航拍
航拍无人机使用说明、开发教程、配套软件、教学视频、竞赛指导等。
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。
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。
无人机传感器系统开发
各类传感器技术资料、开发指导以及例程。
无人机惯性导航开发
惯性导航系统开发手册、基本例程、相关资料文档、测试用上位机软件。
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