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Android手机驱动多轴飞行器姿态的音频控制系统研究
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更新于2024-06-23
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本篇论文主要探讨的是基于Android手机的多轴飞行器姿态控制系统的设计与实现。随着Android技术的日益成熟,智能手机的普及为创新应用提供了广阔舞台。研究者关注到了Android手机的音频接口技术,认为其潜在的控制能力可被挖掘,用于构建新型的交互方式。 论文的核心部分是构建一个小型的控制系统,利用Android平台作为主要界面。系统利用Android手机的音频功能,通过播放纯音文件,使音频接口输出正弦波信号。这种设计允许用户通过调整音频文件中的信号幅度和频率,间接地控制飞行器的姿态。具体来说,左右声道的幅度变化对应飞行器的俯仰和横滚运动,而频率的变化则控制偏航和油门。这展示了音频信号如何转化为飞行器的姿态控制指令。 为了实现这一转换,设计者采用Android端的程序与ARM开发板相连。开发板接收到音频信号后,将其转化为模拟信号,模拟信号再被转化为遥控器可以识别的无线电波,进而精确地控制飞行器。尽管本文着重于理论设计,但实际操作阶段尚未在实体多轴飞行器上进行测试,这意味着这项工作还处于原型阶段。 关键词"Android"、"音频"和"单片机"突出了论文的技术基础和关键组件。整体来看,这篇论文旨在探索一种新颖的控制方法,即利用智能手机的音频接口来实现对多轴飞行器的姿态精确控制,具有较高的实用性和创新性,对于移动设备与无人机技术的融合具有重要意义。未来的研究方向可能包括优化信号处理算法,提升控制精度,以及在真实环境中验证和改进系统性能。
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(1)使用真机作为运行、调试环境
使用真机作为运行、调试环境时,只要完成如下 3 步。
① 用 USB 连接线将 Android 手机连接到电脑上。
② 在电脑上为手机安装驱动,不同手机厂商的 Android 手机驱动略有差异,请登
录各手机厂商官网下载手机驱动。
③ 打开手机的调试模式。打开手机,依次单击“所有应用→设置→开发者选项”,
进入图 2-4 所示的设置界面。
按图 2-4 所示,勾选“USB 调试”、“允许模拟位置”3 个选项即可。若开发者还
有其他需要,也可以勾选其他的开发者选项。
图 2-4 打开调试模式
(2)使用 AVD 作为运行、调试环境
Android SDK 为开发者提供了可以在电脑上运行的“虚拟手机”,Android 把它称为
Android Virtual Device (AVD)。如果开发者没有 Android 手机,则完全可以在 AVD 上
运行 Android 应用。
创建、删除和浏览 AVD 之前,通常应先为 Android SDK 设置一个环境变量:
ANDROID_SDK_HOME,该环境变量的值为磁盘上一个已有的路径。若不设置环境变
量 , 开 发 者 创 建 的 虚 拟 设 备 默 认 保 存 在 C : \Documents and
Settings\<user_name>\.Android 目录下;如果设置了 ANDROID_SDK_HOME 环境变量,
那么虚拟设备就会保存在
% ANDROID_SDK_HOME%/.android 路径下。
在图形界面下管理 AVD 比较简单,因为可以借助于 Android SDK 和 AVD 管理器
完成,完全可以在图形用户界面下操作。
① 通过 Android SDK 安装目录下 AVD Manager.exe 启动 AVD 管理器,系统启动
如图 2.3 所示的 AVD 管理器。单击该管理器左边的“Virtual devices”项,管理器列出
当前已有的 AVD 设备。
② 单击图 2-5 所示窗口右边的“New…”按钮,AVD 管理器弹出如图 2-6 所示对
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话框。
图 2-5 查看所有可用的 AVD 设备
图 2-6 创建 AVD 设备
③ 在图 2-5 所示的对话框中填写 AVD 设备的名称,Android 平台的版本和虚拟 SD
卡的大小,然后单击该对话框下面的“OK”按钮,管理器即将开始创建 AVD 设备。
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2.3 ARM 开发板 Tiny M0 介绍
2.3.1 Tiny M0 开发板
Tiny M0 是广州致远电子有限公司为企业用户和高校师生设计的一款开发工具,核
心微控制器采用的 NXP 公司推出的 LPC1100 系列 Cortex-M0 内核芯片。
LPC1100 系列微控制器采用了 ARM 公司发布的 Cortex-M0 内核,工作频率高达
50MHz,功耗低至 150μA/MHz,性能卓越、应用简单,更突出的是,它能够显著降低
所有 8/16 位应用的代码长度,并且具有极低的市场定价,其价值和易用性比现有的 8/16
位微控制器更胜一筹,为追求 ARM 架构的 8/16 位用户提供了一种全新的 32 位解决方
案。
Tiny M0 开发板实物如图 2-7 所示,由 TK Scope CK100 仿真器和 Tiny M0 核心板
两部分组成,中间通过邮票孔连接。Tiny M0 可以整体使用,也可以断开独立使用,应
用简单灵活。
图 2-7 Tiny M0 开发工具实物图
Tiny M0 开发工具特点:
(1)板载仿真器
Tiny M0 板载 TK Scope CK100 仿真器,支持目前市场上的 KEL、IAR 和 TKStudio
等主流集成开发环境。
(2)配套核心板
Tiny M0 核心板电路为 LPC111×芯片的最小系统,硬件支持 2.54mm 间距的标准
排针。Tiny M0 核心板断开后,可配套用户自行设计的底板,直接进行产品开发。
(3)支持多款芯片
Tiny M0 核心板全面支持 NXP LPC1100 和 LPC1300 系列 LQFP48 引脚封装的芯
片,用户可以根据设计要求随时更换核心控制器。
(4)配套资料
Tiny M0 开发板配套提供《深入浅出 Cortex-M0—LPC1100》电子版教材和丰富的
实验例程,是工程师学习、开发 Cortex-M0 微控制器的最佳选择。
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2.3.2 Tiny M0 开发环境
TKStudio 集成开发环境(又称 TKStudio IDE)是广州致远电子有限公司开发的一
个微处理器软件开发平台,是一款具有强大内置编辑器的多内核编译调试环境,支持
8051、ARM、AVR 等多种微控制器,可以完成从工程建立和管理,编译,链接,目标
代码的生成,到软件仿真,硬件仿真(挂接 TKS 系列仿真器等硬件)等完整的开发流程。
TKStudio IDE 主界面如图 2-8 所示。
图 2-8 TKStudio 主界面
TKStudio 集成开发环境包括工程管理器、代码编辑器、编译工具链、源码级调试
器和外部工具等。
(1)工程管理器
TKStudio 工程管理器可以管理工程中用到的所有源文件、库文件和其它输入文件。
在工程窗口中分为工程、文件组、源文件三级结构,并且根据文件类型显示为不同的图
标,直观而又醒目,更方便用户管理工程。TKStudio 工程窗口如图 2-9 所示。
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