學(xué)校名稱

物理與電子科學(xué)學(xué)院

學(xué)生姓名

學(xué)  號

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

呂豪

201455110207

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2014年9月

戴佳琪

201455110217

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2014年9月

童建聰

201455110208

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2014年9月

常警元

201455110206

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2014年9月

王振宇

201455110209

電子科學(xué)與技術(shù)

男

2014年9月

指導(dǎo)教師

朱致英、吳麗娟、宋月

職稱

副教授、副教授、研究生

項目所屬

一級學(xué)科

電子科學(xué)與技術(shù)

項目科類(理科/文科)

理科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

呂 豪  2015-2016年度科技立項 《智能照明系統(tǒng)》

       2014-2015年度科技立項 《遠距離無線供電技術(shù)》

      第九屆物電杯電子設(shè)計大賽優(yōu)勝獎

戴佳琪2015-2016年度科技立項 《智能照明系統(tǒng)》

      第九屆物電杯電子設(shè)計大賽優(yōu)勝獎

童建聰2015-2016年度科技立項 《紅外溫度采集顯示系統(tǒng)》

      第十屆物電杯電子設(shè)計大賽優(yōu)勝獎 《智能尋跡小車》

王振宇 第十屆物電杯電子設(shè)計大賽優(yōu)勝獎 《智能尋跡小車》

常警元 第十屆物電杯電子設(shè)計大賽優(yōu)勝獎 《智能遙控小車》

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

吳麗娟：副教授，博士畢業(yè)于電子科大微固學(xué)院，從事集成功率器件領(lǐng)域多年，有著豐富的經(jīng)驗。

1、主持國家自然科學(xué)基金青年項目1項，湖南省教育廳科研項目1項、主持四川省教育廳項目1項，青年學(xué)術(shù)骨干帶頭人項目1項，人才啟動項目1項；

2、發(fā)表科研論文15篇，其中SCI 收錄8篇，EI收錄 5篇，CSCD論文 2篇；其余排名論文8篇，會議論文2篇。

3、申請國家發(fā)明專利6項，授權(quán)1項；

完成項目4項，其中國家自然科學(xué)基金項目3項，省部級項目1項。

[1] 省部級預(yù)研項目(NO.51308020201),(參與)；

[2] 國家自然科學(xué)基金項目(NO. 60906038) ,(參與)；

[3] 國家自然科學(xué)基金項目(NO. 60806025) ,(參與)；

[4] 國家自然科學(xué)基金項目(NO. 60976060) ,(參與)。

在研項目3項，其中國家自然科學(xué)基金項目1項，省部級項目1項，博士進校項目1項。

[1] 國家自然科學(xué)青年基金項目(NO.61306094)；

[2] 湖南省教育廳項目(NO. 13ZA0089 )；

[3] 長沙理工大學(xué)基金項目。

宋月：2018屆在讀研究生

申請發(fā)明專利2項，其中在審2項。

[1] 吳麗娟，宋月，章中杰，楊航，胡利民，袁娜. 低比導(dǎo)的新型高壓SJ功率器件.中國，發(fā)明專利，2016.4，申請?zhí)枺?/span>201610213736.6

[2] 吳麗娟，章中杰，楊航，宋月，胡利民，袁娜.一種低比導(dǎo)的高壓功率器件.中國, 發(fā)明專利, 2016.11,申請?zhí)枺?/span>201610987591.5

已發(fā)表論文：

[1] Li-Juan Wu, Zhong-Jie Zhang, Yue Song, Hang Yang, Li-Min Hu, Na Yuan, Novel high-K with low specific on-resistance high voltage lateral double-diffused MOSFET, Chin. Phys. B, 2017, 26(2): p.027101(5pp)

項目研究和實驗的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

項目研究和實驗的目的：

本項目主要是基于K60設(shè)計一款集數(shù)據(jù)傳輸，顯示，和控制于一體的一個無線遙控手柄，將多功能控制手柄與傳統(tǒng)游戲標(biāo)準手柄相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)手柄用途單一，不易于擴展的問題，可用于航模，四軸，遙控小車,家電等設(shè)備的控制及調(diào)試，也可作為游戲手柄與PC端連接。

項目研究和實驗的主要內(nèi)容：

1. NRF24L01無線傳輸裝置的設(shè)計

     無線數(shù)據(jù)傳輸裝置。通過單片機將輸出的六路模擬數(shù)據(jù)采集，再利用單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換部分將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過SPI總線將數(shù)據(jù)傳輸給無線發(fā)送芯片(NRF24L01) ,無線發(fā)送芯片將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。同樣，接收端單片機通過SPI總線控制接收端芯片，將無線傳輸過來的數(shù)據(jù)接收，并將數(shù)據(jù)傳送給上位機，從而實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、無線傳輸、以及存儲。

2. 三軸加速度傳感器設(shè)計

目標(biāo)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置。采用三軸加速度傳感器的好處就是在預(yù)先不知道物體運動方向的場合下，應(yīng)用三維加速度傳感器來檢測加速度信號。三維加速度傳感器具有體積小和重量輕特點，可以測量空間加速度，能夠全面準確反映物體的運動性質(zhì)。

3. 磁導(dǎo)航計的實現(xiàn)

定位導(dǎo)航裝置。采用磁導(dǎo)航實現(xiàn)被遙控物體的位置方向等數(shù)據(jù)的采集，并用于一些簡單的自動巡航動作。

4. 藍牙模塊

數(shù)據(jù)交換裝置。通過藍牙模塊實現(xiàn)控制手柄與手機端的連接，實現(xiàn)遙控數(shù)據(jù)的實時交換，在必要時手機也可代替手柄成為控制器。

要解決的主要問題：

(1)信號數(shù)據(jù)的遠距離穩(wěn)定傳輸。

(2)遙控狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集顯示，包括速度、加速度、方向、位置等。

    (3)傳統(tǒng)標(biāo)準手柄與多功能無線調(diào)試器的結(jié)合，主要是解決控制器與PC端和手機的實時數(shù)據(jù)交換。

    (4)解決一機多用，提高設(shè)備穩(wěn)定性及兼容性。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

現(xiàn)今，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶體管的發(fā)明和新型大規(guī)模遙控集成電路的不斷出現(xiàn)，遙控技術(shù)有了迅猛的發(fā)展。遙控裝置的中心控制部件已從早期的分立元件、集成電路逐步發(fā)展到現(xiàn)在的單片微型計算機，智能化程度大大提高。近年來，遙控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器、安全保衛(wèi)以及人們的日常生活中使用越來越廣泛。在無線遙控領(lǐng)域，目前常用的遙控方式主要有超聲波遙控、紅外線遙控、無線電遙控等。由于無線電波在空間向四面八方傳播，可以穿過障礙物，而且可以傳播很遠的距離，因此它的控制可以在很大區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)，作為遙控的主要方式，在國防、軍事、生產(chǎn)、建設(shè)和日常生活中有極其廣泛的應(yīng)用。

“無線遙控器”顧名思義就是一種用來遠程控制機器的裝置?，F(xiàn)代的遙控器，主要是由集成電路板和用來生產(chǎn)不同訊息的按鈕所組成。無線遙控技術(shù)原理就是發(fā)射機把控制的電信號線編碼，然后轉(zhuǎn)換成無線電波發(fā)送出去。接收機對載有信息的無線電波接收，放大，解碼，得到原先的控制電信號，這個電信號再進行功率放大，用來驅(qū)動相關(guān)的電氣元件，實現(xiàn)無線的遙控。

無線遙控器從1898年被開發(fā)出來后，隨著科技的進步，在生活中得到 了越來越多的應(yīng)用，給人們帶來了極大的便利。無線遙控器分為兩種：一種是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的紅外線遙控（IR Remote Control）；另一種是利用無線電信號對遠方的各種機構(gòu)進行控制的無線遙控（RF Remote Control）。

美國、日本、德國以及包括中國在內(nèi)的很多國家對遙控技術(shù)這一課題進行了大量的研究并取得了顯著的成果。從遙控視距的角度來看，遙控技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了下面三個階段：視距遙控、超視距遙控和遠程無線遙控。對于視距遙控，操作員不與機器直接接觸，位于作業(yè)區(qū)的危險范圍外，通過直接觀察、發(fā)送指令來控制各種設(shè)備，一般來說，其可靠遙控作業(yè)距離為幾十米。在視距遙控基礎(chǔ)上發(fā)展起來的超視距遙控，雖然仍需要操作員靠近工作區(qū)作業(yè)，但通過其先進的數(shù)據(jù)傳輸手段和控制技術(shù)能夠為操作員提供作業(yè)區(qū)的反饋信息來克服視距遙控的某些局限性，增強了操作員對設(shè)備的遙控控制能力。與此相比，遠程無線遙控則顯示出了其更大的優(yōu)越性，2011年2月29日在巴塞羅那舉行的第七屆世界移動通信大會上，美國電話電報公司向人們展示了新的無線遙控系統(tǒng)，通過智能無線連接系統(tǒng)，用戶可以用手機或電腦控制幾乎所有家中的設(shè)施，遠程控制窗簾、開關(guān)門、啟動壁爐等，無論身處辦公室或在回家的路上，都如同在家中一樣方便。

高可靠性也是遙控產(chǎn)品未來發(fā)展的重要趨勢之一，作為遙控的的重要產(chǎn)品之一，所有遙控器必須具備高可靠性及穩(wěn)定性，并且如在有無線信號等地方，這都對遙控器的工作穩(wěn)定性，以及環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。

參考文獻：

1.李水平.《工業(yè)遙控器在起重機上的應(yīng)用》.北京：機械工業(yè)出版社，1997.

2.胡宴如，耿蘇燕.《高頻電子線路》[M].北京：高等教育出版社，2009.

3.康華光.《電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分》.北京：高等教育出版社，2006.

4.《通信世界 2003年第19期》

本項目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績

(1)項目成員都有參與無線遙控設(shè)備研究與學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)

都曾參與設(shè)計完成過一些簡易的遙控導(dǎo)航裝置，比如《智能尋跡小車》。

(2)項目成員負責(zé)并參與了多次科技立項研究，包括《遠距離無線供電技術(shù)》、《智能照明系統(tǒng)》等，擁有一定的動手能力。

（3）小組成員目前已完成無線傳輸、紅外遙控、三軸加速計模塊的學(xué)習(xí)和設(shè)計，完成部分代碼的編寫及調(diào)試工作。

項目的創(chuàng)新點和特色

(1)本設(shè)計為集數(shù)據(jù)傳輸、顯示、儲存和控制于一體的一個無線手柄，集多種功能于一身，提供了一個平臺以實現(xiàn)以下功能：四旋翼無線遙控，在線調(diào)試，參數(shù)管、智能小車、工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試，圖像顯示，波形顯示、機器人控制，運動控制調(diào)試平臺、2.4G智能設(shè)備無線圖像傳輸顯示、供一個機器視覺平臺對傳輸回來的圖像分析（暫定）、家電紅外遙控，支持藍牙與電腦、手機設(shè)備聯(lián)接、重力感應(yīng)遙控、觸摸功能。

(2)手柄本身就是一款游戲機，可外接內(nèi)存卡，在手柄上直接就能打俄羅斯方塊等小游戲，也可以與電腦上位機相連打一些特定的游戲。

(3)本設(shè)計靈敏度高，抗干擾能力強，性能穩(wěn)定，易于擴展。

項目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

技術(shù)路線：

鋰電池電源經(jīng)穩(wěn)壓電路（LT1085）穩(wěn)壓，供給各個設(shè)備，處理器驅(qū)動顯示屏顯界面，結(jié)合搖桿、物理按鍵、觸摸屏按鍵做UI，陀螺儀通過姿態(tài)解算得到姿態(tài)角數(shù)據(jù)做重力感應(yīng)控制，磁力計測量方位以便與智能設(shè)備方位統(tǒng)一，啟動通訊模塊（WIFI,2.4G,藍牙）與遙控對象聯(lián)接，對其進行遙控，遙控對象同時將各種參數(shù)按編碼格式數(shù)據(jù)發(fā)送至遙控器，遙控器解碼并分析顯示，同時該手柄為平臺開發(fā)棒控制、PID控制、模糊控制、布谷鳥算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)助管理。

支持圖像傳輸，手柄實時顯示，并為用戶預(yù)留了圖像處理功能，對智能設(shè)備發(fā)送來的圖像做機器視覺處理。WIFI聯(lián)網(wǎng)后可與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通訊，實現(xiàn)遠程控制。藍牙可聯(lián)接手機、電腦，做游戲控制。通過紅外發(fā)射頭遙控家電設(shè)備、SD卡將數(shù)據(jù)存儲。

原創(chuàng)改良型RDP算法適應(yīng)海量數(shù)據(jù)顯示，實時采樣、等效采樣切換選擇、FFT分析、視覺分析。提供基本處理函數(shù)，并提供用戶自定義函數(shù)接口。

部分模塊功能測試要求：

1. 四軸飛行器(主要測試三軸加速器及無線傳輸)

顯示PID參數(shù)、油門、飛行高度、姿態(tài)角、指向方位、電量信息、航拍畫面

運動遙控，PID參數(shù)在線修改，電調(diào)指令修改，定高控制，一鍵特技

2. 智能小車（主要測試磁導(dǎo)航計）

顯示PID參數(shù)，道路畫面，邊緣、中線參數(shù)，速度，標(biāo)志位，舵機輸出量

方向遙控，剎車，PID參數(shù)在線修改，PID參數(shù)分析管理，速度設(shè)定。

3. 運動控制(主要測試目標(biāo)數(shù)據(jù)采集)

舵機、電機輸出量，用戶自定義算法

4. 工業(yè)現(xiàn)場調(diào)試（主要測試終端數(shù)據(jù)顯示）

機器參數(shù)顯示，運行狀態(tài)顯示，參數(shù)記錄、更改，連接終端，出錯報修

預(yù)期成果：

項目成果為產(chǎn)品實物即一款無線手柄調(diào)試器，支持藍牙連接、紅外遙控、圖像傳輸、顯示、信號采集等功能、另外配備2.4寸彩屏，可外接內(nèi)存卡。預(yù)期申請專利一項。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）

2017年3月-5月：初期階段：相關(guān)文獻，程序案例收集整理，進行理論分析，安排分工。負責(zé)軟件方面的進行程序編寫的必要基礎(chǔ)能力訓(xùn)練，如根據(jù)單片機程序案例進行程序編寫練習(xí)。負責(zé)硬件選擇及電路設(shè)計的，學(xué)習(xí)相關(guān)硬件知識，了解硬件的工作原理；學(xué)習(xí)Altium Designer軟件的使用。

 2017年3月-9月：中期階段：各成員根據(jù)項目要求對各模塊進行理論分析和模擬測試，尋找最合適的硬件搭配和最合理的電路設(shè)計。程序編程配合硬件進行，實時改進和優(yōu)化程序功能。收集反饋信息。

2017年9月-9月：后期階段：根據(jù)中期的各種分析和測試，組裝生成最終產(chǎn)品。將產(chǎn)品進行最終使用測試，收集存在的隱藏問題，改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升穩(wěn)定性。將測試的結(jié)果進行分析，歸納總結(jié)項目，寫成項目文檔。

指導(dǎo)教師意見

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