基于PhoneGap与3G网络的四轴飞行器控制平台设计.docx

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基于PhoneGap与3G网络的四轴飞行器控制平台设计

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占宏张祝

摘要：传统四轴飞行器的控制多为摇杆遥控器，针对其便携性差、控制距离受限等问题，采用智能移动终端与3G网络技术来实现对飞行器的远程控制。但智能移动终端系统的多样性给编程带来一定的难度，采用跨平台移动应用框架PhoneGap来设计和开发手机APP控制平台，不仅节约了开发时间和成本，而且有效增加了APP用户群体。室外测试实验表明：在3G网络信号覆盖下，平台操作便捷、实时性好，飞行器运行流畅、坐标显示准确，同时可跨平台使用，适应性好。

关键词：四轴飞行器;智能移动终端;PhoneGap框架;3G网络

TP273

文献标志码：A

1引言

由于微机电控制技术、新型材料以及飞行控制技术的发展，四轴无人飞行器得到迅猛发展。四轴飞行器具有结构简单、稳定性好、承载能力强、低成本、高效益的特点，有着广阔的应用前景。

近年来出现通过电脑或手机采用wifi、蓝牙或者ZigBee等技术来实现远程控制飞行器，虽然解决了传统遥控器的体积大、质量重、不便于携带的问题，但仍受到距离的限制。若想实现真正的超远距离控制，可以采用第三代移动通信技术（3G网络），就如手机通话般，给四轴飞行器插上一张电话卡，就可以控制飞行器。

要实现手机控制飞行器，必须在手机上编写应用，通过调用相关组件及功能来实现对飞行器的控制。然而市面上的手机系统的多样性却给手机应用的统一编写带来了一定的难度。由于移动跨平台开发框架PhoneGap具有一次开发同时适用于多种不同移动智能终端操作系统的特性[1-2]，因此文中采用PhoneGap开发和设计3G网络的四轴飞行器手机APP控制平台，不仅大大缩短了开发周期，而且有效增加了APP用户群体[3]。

2控制平台整体框架

本文设计的四轴飞行器控制平台包括四轴飞行器、智能移动终端（手机）、服务器三部分，详细框图如图1所示。

本设计自行搭建好一台能实现自主平衡定高飞行的四轴飞行器。该飞行器选用飞思卡尔公司的MK60芯片作为主控芯片，负责高频的姿态解算、数据接收以及处理等;选用MPU6050姿态模块并装载GPS模块，随时返回飞行器当前姿态以及坐标位置，保证对飞行器的实时监控;装载具有3G功能的SIM模块，将飞行器的各种姿态、坐标等处理后的数据通过3G数据发出，保证了长距离的传输。

因为采用PhoneGap跨平台框架，可在各个平台运行终端程序，本次移动测试终端选用一款An-droid平台的手机，采用iQueryMobile移动web应用开发框架编写源码，并采用PhoneGap框架技术生成Android系统下的APK安装程序，在An-droid手机终端上安装即可[4]。

该平台采用服务器加终端的方法来实现手机与四轴飞行器间的数据交换，数据通过3G网络传输。在服务器端用php编写一个负责数据处理的脚本，再用html建立了一个负责数据交换的纯数据网页，分配以固定的域名并作为数据传输的媒介，从而更方便、快速地实现飞行器与手机端的通信。

3系统设计

3.1服务器端

服务器端负责飞行器与移动终端（手机）间的数据交互，是数据的中心。在服务器端，采用php语言编写的脚本与采用HTML编写的主页文件是整个控制平台架构的基础[5]。

php是一种通用开源脚本语言，主要适用于Web开发领域，可嵌入于HTML中，在此平台中，php文件负责接收用户提交数据并加以处理，然后交于主页显示。值得注意的是，通常php以post的方式加密传输数据，在此平台中需要用到两种post数据接收方式，一种为“$_POST”方式，它可以接受飞行器传过来的表单数据，另一种是“php：//input”方式，用来接收手机端post过来的字符数据[6]。

在HTML编写的主页文件中，将php脚本处理后的数据用字符串的方式打印到页面中，其他平台通过访问网页的方式便可获取数据。

3.2四轴飞行器端

四轴飞行器要与此平台相配合，必须满足以下条件：

（1）该飞行器要能有效地连接到3G网络，因此要在四轴飞行器上安装GPRS模块。选用SIM900模块并配置一张联通3G上网卡，通过3G网络访问服务器上的具体域名。

（2）四轴飞行器必须实现自平衡。由于智能移动终端控制信号受3G信号强弱的影响，可能会有一定的延时，因此实际应用时选用MPU6050集成三轴陀螺仪和三轴加速器，来实现飞行器当前姿态的精确检测并通过PID算法进行姿态控制以保持飞行器的平稳[7]。

（3）为实现超远距离的飞行，必须在四轴飞行器上装载GPS模块。每隔1秒读取一次当前坐标，并与服务器上读回的数据进行比较，即可得到飞行器当前需要运动的方向。

（4）要想實现远距离的飞行，一个大容量的电池也是必