一种小型无人直升机数据链多链路基站装置的制作方法

本实用新型涉及直升机数据链路传输技术领域。具体涉及一种小型无人直升机数据链多链路基站装置。

背景技术：

随着无人机技术的发展，数据链系统在无人机系统起到十分重要的角色，担负着无人机飞行数据和任务载荷数据的传输重任，与地面检控系统、飞行控制系统等组成成熟的控制网络系统。数据链技术具有传输速率快，抗扰能力强、误码率低等特点，成为当前国内外小型无人直升机技术的发展趋势。在申请号为“CN103974327”中题为“小型无人直升机点对点数据链系统及实现方法”提到，民用小型无人直升机数据链领域尚未形成一种通用有效的数据链通信系统，对其链路基站的设计也相对较少。国内主流的数据链系统多采用时分或频分机制，利用无线传输设备直接实现小型无人机与地面站的链路通讯，而地面监控系统属于人机交互平台，直接挂载无线传输设备容易导致连接的不可靠，且可拓展性不强。利用数据链基站可以有效避免这种弊端，能实现一对多的拓展，更适应于小型无人直升机数据链的发展趋势。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种小型无人直升机数据链多链路基站装置。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种小型无人直升机数据链多链路基站装置，所述装置包括：主处理器NanoPC-T2、协处理器STM32F103、9xtend-OEM射频模块、Xbee-PRO射频模块、双路电源模块、仪器铝盒及LED显示模块，

其中，所述仪器铝盒，用于放置主体硬件电路，并外置了1个900M天线接口、2个2.4G天线接口、6路信号灯接口，其中，900M天线接口与所述9xtend-OEM射频模块连接，2个2.4G天线接口分别与所述Xbee-PRO射频模块和所述主处理器NanoPC-T2的WIFI发射模块连接，6路信号灯接口与所述LED显示模块连接；

所述主处理器NanoPC-T2，用于接收所述Xbee-PRO射频模块、所述9xtend-OEM射频模块和PC地面工作站发送的数据，并进行保存、解析与重构，再通过所述9xtend-OEM射频模块和WIFI发射模块发送出去；

所述协处理器STM32F103，用于所述接收Xbee-PRO射频模块和所述9xtend-OEM射频模块的RSSI信号，并将信号强度转换成指示信号发送给所述LED显示模块进行指示；

所述Xbee-PRO射频模块，与遥控器的Xbee-PRO射频模块进行配对通讯，接收遥控器各个通道的原始数据；

所述9xtend-OEM射频模块，用于接收小型无人机发送的飞行状态数据，并将PC地面工作站的指令发送到小型无人机上；

所述双路电源模块，分别用于所述Xbee-PRO射频模块供电和其他模块供电。

进一步地，所述主处理器NanoPC-T2采用四核1.5GHz主频CPU，采用4个线程进行数据的采集、保存、解析、重构和发送，其中，3个独立线程分别采集所述Xbee-PRO射频模块传输的遥控器通道数据、所述9xtend-OEM射频模块传输的无人直升机飞行状态数据，以及来自PC地面工作站的参数调节、轨迹规划、云台控制指令数据。

进一步地，所述协处理器STM32F103可独立运行，指示开机状态与电源状态，能够同时检测所述Xbee-PRO射频模块与所述9xtend-OEM射频模块的RSSI信号，利用外部中断读取PWM的占空比，根据占空比大小按25％、50％、75％的区间分布分为4级通讯质量，分别用0、1、2、3个LED来显示。

进一步地，所述双路电源模块采用TPS5430开关电源进行设计，具有5.5V-25V的宽电压输入范围，其中一路为所述9xtend-OEM射频模块提供独立供电，另一路为所述主处理器NanoPC-T2、所述协处理器STM32F103、所述LED显示模块以及所述Xbee-PRO射频模块提供供电。

进一步地，所述仪器铝盒还外置了1个电源航空接口，与所述双路电源模块连接，其中，电源航空接口采用XD5-2芯航空头。

进一步地，所述仪器铝盒还外置了固位螺母，所述固位螺母采用1/4与3/8互转螺丝螺母设计固位孔，能够直接与相机三脚架进行固定。

进一步地，所述9xtend-OEM射频模块通过TXB0104电平转换芯片与所述主处理器NanoPC-T2的串口通讯电路连接。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1)装置集成度高，将Xbee-PRO射频模块、9xtend-OEM射频模块与嵌入式系统直接集成在一起，能够支持3链路的数据通讯，装置的性能大大优化，可拓展性强。

2)装置的主处理器采用四核高主频CPU，多线程运行机制，数据采集、保存、解析、重构与发送都比较及时，调试与实验方便。

3)采用双电源电路设计，供电更加稳定可靠。

4)具有信号强度指示灯，实时显示链路的通讯质量，通讯更加安全可靠。

5)外观精美，接口更加可靠，便于安装与架设，散热性能好。

附图说明

图1是本实用新型公开的小型无人直升机数据链多链路基站装置的硬件结构图；

图2是本实用新型公开的小型无人直升机数据链多链路系统的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例公开了一种小型无人直升机数据链多链路基站装置，包括：主处理器NanoPC-T2、协处理器STM32F103、9xtend-OEM射频模块、Xbee-PRO射频模块、双路电源模块、仪器铝盒及LED显示模块，该装置主要用于遥控器、小型无人机与PC地面工作站的相互通讯。如图2所示，遥控器与基站的通讯链路是单行结构，而小型无人机和PC地面工作站与基站的通讯链路是双向的，基站装置的作用主要为处理协调3路链路数据，并进行分时转发。

所述主处理器，用于接收所述Xbee-PRO射频模块、所述9xtend-OEM射频模块和PC地面工作站发送的数据，并进行保存、解析与重构，再通过所述9xtend-OEM射频模块和WIFI发送出去。

主处理器采用四核1.5GHz主频CPU，采用4个线程进行数据的采集、保存、解析、重构和发送。3个独立线程分别采集Xbee-PRO射频模块传输的遥控器通道数据与9xtend-OEM射频模块传输的无人直升机飞行状态数据，以及来自PC地面工作站的参数调节、轨迹规划、云台控制等指令数据，数据的接收与存储及时。主线程进行三链路数据的解码、重构与发送，主要将遥控器的各通道数据进行解析、简化与重组，并在手控状态下将其发送到无人直升机。同时，PC地面工作站的控制指令将进行拆包、分组与校验传输，校验方法采用标志位回传机制，并做了超时应答机制进行保护，以节省链路带宽，提升无人直升机的安全性。无人直升机的飞行状态数据则进行解析与重构，通过WIFI利用UDP协议的SOCKET包进行发送。自控状态与手控到自控的过渡状态数据简化与重组方式不同，手控状态一般用于无人直升机的近距离飞行，自控状态则适应远近距离的飞行。

所述协处理器，用于所述接收Xbee-PRO射频模块和所述9xtend-OEM射频模块的RSSI信号，并将信号强度转换成指示信号发送给所述LED显示模块进行指示。

协处理器可独立运行，指示开机状态与电源状态，能够同时检测Xbee-PRO射频模块与9xtend-OEM射频模块的RSSI信号，利用外部中断读取PWM的占空比，根据占空比大小按25％、50％、75％的区间分布分为4级通讯质量，分别用0、1、2、3个LED来显示，经测试，数据链路在50％以上传输比较可靠，实验时只需观测LED亮起个数是否大于2个即可知道通讯质量，有利于小型无人直升机的飞行安全。

所述Xbee-PRO射频模块，与改装后的遥控器的Xbee-PRO射频模块进行配对通讯，接收遥控器各个通道的原始数据；

所述9xtend-OEM射频模块，用于接收小型无人机发送的飞行状态数据，并将PC地面工作站的指令发送到小型无人机系统上。

9xtend-OEM射频模块，在1W功率、波特率为115200与配备高增益天线的情况能够支持高达32公里的长距传输，有利于小型无人直升机的远距离飞行。9xtend-OEM射频模块用硅胶与散热片进行辅助散热，散热片与仪器铝盒直接接触，工作稳定可靠。Xbee-PRO射频模块，能够在几十米短距离内将遥控器的数据进行可靠接收，实时性高。

所述双路电源模块，分别用于Xbee-PRO射频模块供电和其他模块供电。

双路电源模块，采用TPS5430开关电源进行设计，具有5.5V-25V的宽电压输入范围，9xtend-OEM射频模块发射功率高，与其他模块进行独立供电，避免供电不足情况，减少电源电池干扰，电源分配更合理。

所述仪器铝盒，用于放置主体硬件电路，并外置了3个天线接口、1个电源航空接口、6路信号灯接口以及相机脚架的英制固位螺母。

仪器铝盒，为8094型散热型铝盒，大小为120x80x40(mm),与装置硬件相近，小巧美观。所述仪器铝盒分为主盒体与上下盖板，上盖板留有9xtend-OEM射频模块天线接口，接900M天线，架设时指向空中，与无人直升机对接。下盖板留有Xbee-PRO射频模块天线接口、WIFI外接天线接口、电源接口、6路信号灯接口以及固位螺母孔，其中两个天线接口均采用2.4G天线，电源航空接口采用XD5-2芯航空头，6路信号灯接口连接3路RSSI指示灯以及接收、发送与电源各一路指示灯。

固位螺母采用1/4与3/8互转螺丝螺母设计固位孔，能够直接与相机三脚架进行固定，方便快捷。

主处理器部分搭载了eMMC存储单元，PC地面工作站指令、遥控器数据和飞行数据都将存储在系统文件夹内，为了便于查看，文件类型为文本文档类型，其名称为数字1-99，记录于info.txt中，每次运行自动循坏递增。所有数据的传输协议均以换行符结束，以$[Type]开头，根据数据类型不同，可以直接筛选出需要的数据，以便调试、分析、仿真处理等作用。

本装置设计的难点在于协调处理3路链路数据保证其传输的可靠性，主处理器采用多线程的技术，对3路链路数据读取与保存分别采用单一线程，保证数据采集的及时性，在主线程中则集中进行数据处理与发送。为了保证数据传输的可靠性，尤其是基站与小型无人机的链路随着飞行距离增大信号质量将逐渐降低，而飞行控制参数在该环节至关重要，特别是轨迹规划参数，所以系统设计了应答机制进行核对校验，为节省带宽，应答机制采用标志位进行验证，在接收到有效数据后，小型无人机系统将回发带有标志位的飞行状态数据，通过解码验算，在未应答情况下继续发送待应答控制参数，若超过一定次数，则视作失败处理，在PC端地面站进行提示。在链路资源分配上，由于无线射频模块的带宽有限，数据经过简化与打包处理，而基站与PC端地面站通过近距离WIFI连接，带宽充足，传输可靠，其数据以源码格式发送与接收，数据的格式解码由主线程进行。另外，主线程也规定了不同控制模式下的数据传输机制，使数据链路更加安全可靠。

具体实施过程为：为基站装置供电，PC地面工作站等待WIFI信号并进行连接，通过SSH登录基站系统，运行当前目录数据链程序./datalink&,基站系统将初始化信息在终端进行打印，若信息正常，则打开配对的遥控器和小型无人机系统以及PC端地面站进行测试，在信号显示正常情况下则可以进行飞行任务了。由于该基站还具有数据直传等其他功能，这里不作开机自启动处理。

综上所述，本实用新型利用Xbee-PRO射频模块与改装的遥控器进行短距离通讯，利用9xtend-OEM射频模块与小型无人机系统进行长距通讯，利用2.4G无线与PC地面工作站进行短距离WIFI通讯，实现了3链路的数据传输。本装置在硬件上设计了双路电源模块供电，基站装置更加稳定。本装置的主处理器NanoPC-T2采用四核1.5GHz主频CPU，运行更加及时快速，多线程机制有利于链路数据的采集、保存、解析、重构和发送。本装置设计了协处理器STM32F103进行射频模块的RSSI信号解读，能够实时用LED显示模块指示当前通讯质量，更有利于通讯安全。本装置为9xtend-OEM射频模块与主处理器NanoPC-T2加装了散热硅胶与散热片，热稳定性能强，在盒内温度达到70～80度下稳定工作。本装置设计了仪器铝盒进行安装固定，并采用1/4与3/8互转螺丝螺母设计固位孔，能够与传统相机脚架进行配合安装，携带与架设更加方便。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。