摘 要

在学术界，复杂网络研究成为一个研究热点，在物理学、管理学、经济学、工程技术和社会领域都有着广泛的应用。较为详细地对复杂网络的背景进行了介绍，阐述了复杂网络的基本概念，并且对复杂网络进行分类。此外，复杂网络的研究内容涉及到的领域和范围也非常广泛。随着网络信息技术的发展，国内外对于复杂网络的研究逐渐深入。采取合适的算法，搭建复杂网络上竞争动力学模型，利用Matlab工具箱编写程序对模型仿真验证和分析。简要介绍了度中心性（DC）、介数中心性（BC）、接近中心性（CC）、特征向量中心性（EC）、Katz中心性（KC）以及PageRank算法的传统中心性指标。将该算法应用到the Zachary karate club网络和海豚社会网络中，并验证准确性。

本文以智能船舶为着手点，以“全国海洋航行器设计与制作大赛”为切入点，以STM32 处理器为核心设计了一个船模航行控制器。以一艘 68cm 长的竞赛用船模为被控对象，选用 STM32 低功耗处理器为控制器，配置 NRF24L01 通讯模块的遥控器与同样安装 NRF24L01 模块通讯的主控芯片实时通讯，对电机和舵机进行控制，从而实现对船模的航行控制。通过 US-100 超声波模块检测船模与周边障碍物间的距离，在两者接近设定的危险距离时，STM32 主控芯片自主决断，使船停下来以避免损坏船模。

本文详细阐述了船模航行控制器的软、硬件设计与调试工作。调试实验结果表明，该控制器能够完成基本的航行控制功能且防撞功能有效。

关键词： 船模；航行控制；STM32 处理器；US-100 超声波模块测距；NRF24L01 模块通讯

Abstract

In this paper, the intelligent ship as the starting point to the "National Marine Vehicle Design and Production Competition" as the starting point to STM32 processor as the core design of a ship model navigation controller. To a 68cm long race with the ship model for the controlled object, use STM32 low power processor for the controller,configure the NRF24L01 communication module remote control and the same installation NRF24L01 module communication master chip real-time communication,the motor and rudder Machine to control, in order to achieve the ship model sailing control. Through the US-100 ultrasonic module to detect the distance between the ship model and the surrounding obstacle, the two close to the set dangerous distance,STM32 master chip independent decision to stop the ship to avoid damage to the ship model.This paper elaborates the software and hardware design and debugging of ship model navigation controller. The experimental results show that the controller can complete the basic navigation control function and the collision function is effective.

Key Words: Ship model ；Navigation control；STM32 processor；US-100 Ultrasonic Module Ranging；NRF24L01 module communication.

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 主要研究内容 3

第2章 航行控制器硬件系统设计 4

2.1 船模对象分析 4

2.2 船模控制系统设计方案 5

2.3 电源模块设计 6

2.4 控制模块设计 7

2.4.1 控制模块芯片的选择 7

2.4.2 STM32F103RBT6最小系统 8

2.5避障模块设计 10

2.6驱动模块设计 11

2.6.1 无刷直流电机喷水推进器 11

2.6.2 舵机转向模块 12

2.7 遥控模块设计 13

2.8本章小结 14

第3章 船模控制系统的软件设计与调试 15

3.1 Keil MDK5开发软件介绍 15

3.2 系统程序总框架设计 15

3.2.1信息采集程序流程设计 16

3.2.2 控制程序流程设计 16

3.3超声波防撞功能程序设计 17

3.3.1 超声波测距信息采集程序 17

3.3.2 防撞程序设计 18

3.4 直流电机控制程序设计 19

3.5舵机控制程序 20

3.6遥控模块程序设计 20

3.6.1 NRF24L01模块程序设计 21

3.6.2 按键功能程序设计 22

3.6.3 按键调控程序优化设计 23

3.7模拟调试 24

3.7.1 按键遥控功能模拟调试 25

3.7.2超声波测距实验 26

3.7.3防撞功能实验 26

3.8总结 27

第4章 结论 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

近年来，智能船舶都是一个热点问题，它散发着独特魅力吸引着人们。智能船是指使用传感器，通信，互联网，物联网等技术手段自动识别和获取船舶本身，海洋环境，物流，港口等方面的信息和数据，并以计算机技术为基础 ，自动控制技术和大型数据处理分析技术，在船舶导航，管理，维护，货物运输等方面实现船舶智能化运行，使船舶更安全，更环保，更经济，更可靠。

全国海洋航行器设计与制作大赛属于一种综合性的竞赛项目。大赛的宗旨是“崇尚科学、实践求知、锐意创新、面向海洋、服务国防”，为的是激发在校生的创新意识，同时也展示了青年学子的才华及创意。本文基于舰船模型智能航行类的比赛规则，完成一个有避碰功能的船模航行控制器。体现了大赛鼓励在校师生勇于创新，展示技术成果的精神。

嵌入式系统是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”^[1]，嵌入式控制器是一种特殊用途的 CPU，是嵌入式计算机的一种，通常用于执行指定独立控制功能并具有复杂处理数据能力的控制系统^[2]， 硬件部分包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和 I/O 端口、图形控制器、通信模块等。 嵌入式系统是大多使用 EPROM、EEPROM、或闪存（FLASH MEMORY）作为存储介质，它具有低功耗、小体积、高集成度等特点^[1-2]。