特殊环境下无人驾驶救援船设计与研究摘要随着海洋资源的不断被开发，越来越多的人工作业船只日夜工作在大海之上，并且很多未知海域也在不断地被开垦出来。

伴随而来的是越来越多的海洋事故的发生，但是在一些未知海域进行救援危险性很高，并且很多海洋事故的发生是在被严重污染的海域，在这些海域进行救援对救援人员身体伤害很大。

所以迫切需要一种无人驾驶的救援船,来弥补这方面的不足，提高救援效率，减少对救援人员的二次伤害。

本课题研究的无人驾驶救援船主要进行救援打捞任务，是在常规船的基础上安装摄像头，在网络覆盖的范围内进行无线实时图像传输，终端显示器接受能够让操作人员时刻了解救援海域的状况。

常规的救援打捞设施改装成由单片机控制舵机来实现，单片控制舵机的角度的偏转来控制操作手臂的伸缩，进而实现救援打捞任务。

本课题的研究不仅能够减少对人工作业人员的身体伤害，而且能够实现一人操作多船，大幅度的提高救援效率。

关键词：无人驾驶，单片机，无线传输，模块化设计Design and Research of Special Environment of Unmanned Rescue ShipAbstractAs the ocean resources by continual development, more and more artificial operation boats worked day and night on the sea, and many unknown waters has been cleared. Which is associated with a growing number of Marine accidents, but in some unknown waters have a greater risk for rescue, and many Marine accidents are in badly polluted waters. In these waters for relief of rescuers physical harm is very big. So they need an unmanned rescue ship, to make up for this deficiency, improve aid efficiency and reduce harm to rescuers.This topic research the unmanned ship mainly to rescue the salvage task, is on the basis of conventional ship to install cameras, within the scope of the network coverage for wireless real-time image transmission, terminal display accept to let operators always understand rescue the status of the sea. Conventional rescue fishing facilities into implementation by single-chip microcomputer control steering gear, single chip control steering Angle of deflection to control the operation of telescopic arm, and then implement the rescue salvage task.This topic research not only can reduce the physical injury for manual workers, but also can realize one operator more ships, greatly improve the efficiency of rescue.Keywords:Unmanned;Micro-controller;Wireless;Transmission;Modular design目录摘要 IAbstract II目录 III第一章绪论 11.1 引言 11.2 国内外研究现状 11.3 研究目的和意义 3第二章无人驾驶救援船各部分的组成结构及工作原理 42.1 动力系统的简介及工作原理 42.2 实时视频传输系统的简介及工作原理 42.3 基于51单片机的舵机控制系统的组成与工作原理 6第三章无人驾驶救援船硬件的设计 93.1 元器件的选择及简介 93.2 救援系统的各个模块及整体框架设计第四章无人驾驶救援船各系统功能的实现 134.1 软件及基本电路设计 134.2 调试过程及功能展示 15第五章结论 19参考文献 20谢辞 21附录 22第一章绪论1.1 引言随着环境的污染，地球的土地资源日益消耗殆尽,海洋正逐步成为人类赖以生存的空间。

海洋的地位不断提高,使得海洋资源和海洋岛屿交织在一起,正在形成为以海洋岛屿为中心的战略模式。

中国是一个海洋大国有着丰富的海洋资源,包括299.7平方公里的海洋面积,32000公里长的海岸线,还有200海里的专属海洋经济区面积,大陆架区域面积是世界排名第五。

"中国是一个海洋大国,然而却不是一个海上强国”，按照有关数据分析,长度的比率是否按照土地面积和海岸线,中国仅排在世界第94位。

如果按照国家可以管辖的海域和国家的陆地面积之比,中国只有0.3,但是世界沿海国家平均值却达到了0.94,差距非常明显。

中国的土地面积只有日本的十分之一,但是朝鲜达到2.17,越南和菲律宾分别为2.19,是6.31。

如果平均海域可以用来计算平均每个陆地面积上的海域面积,世界上沿海国家平均水平达到了0.026平方公里,而我国甚至连十分之一的水平都没有达到,相邻的沿海国家相对平均最低的朝鲜也在中国的十倍以上[1]。

表1.1 中国与邻国在海洋方面各种实力的对比海洋面积/k2m 人均海洋面积/k2m 海岸线长度/km CS/MS中国 299.7万 0.0021 3.2万 0.3日本 31万 0.034 3.38万 11朝鲜 6.8万 0.018 0.23万 2.17越南 11.9万 0.025 1.12万 2.19菲律宾 28.75万 0.036 1.85万 6.31我国的海域从北到南自古以来就有很多摩擦和争端，北面与俄罗斯在珍宝岛有争议（现在已解决）,东面与日本在东海的钓鱼岛和大陆架油田有很多争端,南面跟越南、菲律宾在南海岛屿的摩擦更是时刻发生中[2]。

从南到北各种争端的不断发生，说明了我国海军实力的弱小，由此可见提高我国海军实力,提升海洋开发的科技水平，对于减少或者解决海洋争端有着非常重大的战略意义。

当今世界科学技术正朝着多元化发展，譬如多系统化、无人化以及智能化等方面。

在国外尤其是科技力量比较领先的欧美国家近几年研究出了大量的无人化操纵平台和无人化智能设备，譬如无人机、水下智能机器人以及水面无人船等。

新中国成立以来，政府对这些先进科学技术的发展与研究非常重视,并且对该方面的研究工作投入了非常大的人力物力财力,并且已经取得了一定的发展成果。

但是同国际先进水平相比在很多方面还是有很大的差距,尤其在水面无人船方面的研究更是刚开始投入研究,关于该方面的诸多问题一直处于未解决状态。

当今世界的海洋战略发展格局中,水面智能无人船正在发挥着越来越重要的作用。

经过多年的研究如今水面智能无人船集智能化控制、远程视频通信、探测侦查以及排除海上障碍等多功能于一体,在一些复杂海域或者高危险的海洋作业环境中该船在执行任务时所发挥的优越性更是尤为突出。

当今全球的沿海国家都已经意识到水面智能无人船在加快海洋发展和提升海军作战能力中的重要战略地位。

为了追赶上国际先进技术发展的水平,为了提升海军的作战能力和应对经济发展的迫切需要,研制出我国自己的水面智能无人作战船和水面智能无人救援船,具有很强的历史性意义和巨大的战略意义。

1.2 国内外研究现状由于沿海港口城市安全、陆地各种资源的日益枯竭、海洋争端等问题的不断发生和升级恶化，让世界沿海各国不得不重视加快海洋的发展以及自身海军实力的提高，水面智能无人船作为一种高科技的的现代化产物已被世界沿海大国列入了其发展研究计划当中。

虽然水面智能无人船的发展相对较晚，但是其发展速度较快，到如今已有很多种型号的水面智能无人船开始应用于军事以及民用领域。

2008 年10月，英国某个大学的科学家设计出了一艘依靠自动导航的水面无人智能船并成功进行了穿越大西洋的远航试验。

这次的精彩亮相使它成为世界上第一艘无人驾驶、不依靠风力推进的成功跨越大洋的船只[3]。

美国海军曾在 2001 年正式实施了建造濒海战斗舰(Littoral Combat Ship)的计划。

针对海上作战系统中战斗任务的需要，首次提出了基于智能化的水面无人船、水下无人潜艇和无人侦查机三者来完成对整个作战体系的构建，并具备完成排雷、反潜、情报侦察，远程火力支援等特种作战任务的能力[4]。

比较具有代表性的水面无人智能船为美国研究的"斯巴达侦察兵”(Spartan Scout)。

早在 2002 年它就已经就被列项研究，目前已经成功通过了各种实验试航。

该船其各方面技术水平都处于世界领先的位置，实现了真正意义上的无人控制与智能自主的航行 [5]。

同时它也配备了不同的任务模块，能根据真实战场的需求灵活自主的切换不同的任务模式，由于其在阿拉伯湾等地区的战争任务中表现出了非常突出的作战能力，已被广泛部署到了美军的各大舰队里。

在2006年10月美国政府又批准了建造两条该型无人作战船的计划。

由于无人船突出的战场能力和其所代表高科技综合实力的象征,世界各国于 21 世纪初开始在无人船领域的研究展开了角逐。

在受到了美国"斯巴达侦察兵”的启发与影响下，2003 年,以色列某武器设计制造公司向其国防部交付了首艘名为"保护者”(Protector)的水面高速无人作战船,它不但继承了"斯巴达侦察兵”各项优点, 而且还在船体隐身性的方面做了很大的研究。

由于其优越的作战的性能,该船在国际军火市场上曾受到各国军火商一度的青睐。

图1.1 保护者英国国防科技实验室也不甘心落后于其他国家,在看到美国"斯巴达侦察兵”成功的例子后,便开始努力研发自己的无人作战船。

在与美国多次合作的情况下,加上本身的科技发展水平比较高,于 2002年推出名为"芬里厄”(Fenrir)的无人作战船,并将部署给了英国皇家海军的各大舰队,主要用该船来取代传统的气垫船来执行海上危险性较高的作战任务。