CN103440746B - 一种应用于遥控模型的afhds2双向通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于遥控设备通信的AFHDS2双向通信系统，所述系统包括：应用于组建整个无线网络物理层处理模块；用于遥控模型中发射机与接收机进行数据传输的网络层数据处理模块；以及用于实现遥控设备的遥控功能的应用层处理模块；其中，所述物理层处理模块包括构建无线无线网络的硬件设备及驱动程序；所述网络层数据处理模块定义数类数据帧结构和数据帧类型。本发明实现整个遥控设备的双向通信功能，使遥控设备的控制更加安全、全面和方便。

Description

一种应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统

技术领域

本发明涉及遥控模型领域，特别是应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统。

背景技术

目前，市面上的遥控模型（遥控飞机、遥控轮船、遥控汽车）均为单向通信设备，使用单工无线通信协议，在通信中只允许遥控器向被控模型发送数据，而不能够将被控模型的数据传回给遥控器。这类遥控设备功能单一，仅适用于简单遥控模型的控制。同时，在使用中由于不能将被控模型的输出传回给发射机，所以使用者不能实时的监测当前模型的有关状态，如电压值、油量、高度、温度、转速等。当被控模型出现异常情况时，如电机温度过高、电池电量不足等情况。由于使用者无法知晓上述异常，不能及时采取补救措施，往往导致事故的发生，如飞机模型坠机、汽车模型失控等等，后果严重。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明解决的技术问题是，提供一种应用于模型遥控器的双向通信协议AFHDS2，采用双向通信方式，遥控器既能发送信号，又能接收信号。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其中，所述系统包括：

用于组建整个无线网络物理层处理模块；

用于遥控模型中发射机与接收机进行数据传输的网络层数据处理模块；

以及用于实现遥控设备的遥控功能的应用层处理模块；

其中，所述物理层处理模块包括构建无线无线网络的硬件设备及驱动程序；所述网络层数据处理模块定义数类数据帧结构和数据帧类型。

所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其中，所述网络层数据处理模块定义数据帧结构定义五类帧结构，包括握手类帧结构、控制类帧结构、监测类帧结构、维护类帧结构和补充类帧结构。

所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其中，

所述握手类帧结构依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述控制类帧结构中依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的命令字、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述监测类帧结构中依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的监测标示、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述维护类帧结构依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的配置参数、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述补充类帧结构依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的预留、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾。

所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其中，

所述握手类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、2Byte的设备ID、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述控制类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的命令字、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述监测类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、2Byte的监测标示、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述维护类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的配置参数、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述补充类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的预留、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾。

所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其中，

当遥控器发送所述的握手类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的控制类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、2Byte的控制响应字、16Byte的监测数据包、2Byte的CRC-校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的监测类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、16Byte的监测数据包、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的维护类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的状态参数、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的补充类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的预留、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾。

相较于现有技术，本发明的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，很好地实现了整个遥控设备的双向通信功能，使遥控设备的控制更加安全、全面和方便。

附图说明

图1是本发明提供的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统的结构示意图。

图2是本发明提供的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统中一优选实施例的结构示意图。

图3本发明提供的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统中双向通信协议层次结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统的结构示意图，该双向通信系统采用AFHDS2双向通信协议，并分别应用于遥控设备的发射机和接收机，AFHDS2(Automatic Frequency Hopping Digital System)表示第二代自动跳频数字系统，其中，2表示第二代。具体包括物理层处理模块10、网络层处理模块20和应用层处理模块30，物理层处理模块10用于组建整个无线网络，网络层数据处理模块20用于遥控模型中发射机与接收机进行数据传输，而应用层处理模块30用于实现遥控设备的遥控功能。具体地，如图2所示，所述物理层处理模块10包括构建无线无线网络的硬件设备及驱动程序；所述网络层数据处理模块20定义数据帧结构和数据帧类型，而所述应用层处理模块30包括了实现遥控控制功能的各应用程序和功能模块。

本发明采用AFHDS2双向通信协议，并应用于遥控模型领域，实现了遥控设备发射机和接收机的双向通信。为了减小协议设计的复杂性，按照层次方式进行协议的组织，根据功能不同分为驱动层、网络层和应用层。图3所示双向通信协议层次结构示意图为整个双向通信协议AFHDS2的层次结构，包括发射机程序和接收机程序，发射机端的RF模块和MCU，以及接收机端的RF模块和MCU。

具体地，为了更好的处理遥控器发送的信号数据，本发明的网络层数据处理模块对这些数据定义了数类数据帧结构，优选为五类数据帧结构，包括握手类帧结构、控制类帧结构、监测类帧结构、维护类帧结构和补充类帧结构。

下面对五类帧结构进行详细的描述和说明。

（1）、握手类帧结构：是主机与设备连接的一类帧结构。主机向设备发送询问帧,如果设备开机,则设备向接口发送应答帧,接口接收到设备发送的应答帧后,握手成功,可以进行下一步操作。握手类帧结构如下：

无效字	帧头	设备ID	CRC-8校验	帧尾
					2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

无效字：在中断接收过程中第一个字容易丢失，无效字能提高帧接收的正确性。

帧头：数据帧的开始，用于区分帧的类型。

设备ID：设备的身份，用于通信中区分各设备，可根据设备ID码选择不同的跳频算法，保证每台设备都具有不同的跳频方式，提高设备间的抗干扰能力。

CRC-8校验：提高数据通信的正确性。

帧尾：数据帧的结束，用于判断数据帧的结束。

握手类帧主要是用来建立连接，或者说是实现对码功能，其应答帧和握手类帧结构一样。

（2）、监测类帧结构：是对于需要实现监测类功能而制定的帧结构,监测类帧可以实现对设备各参数与状态的监测，如设备温度、高度、电压值等。通过监测类帧可以将设备信息传回给主机，实现真正的双向通信。当设备接收到主设备发送的监测类信息帧后,根据信息帧中要求,向主设备发送包含监测内容的响应帧。监测类帧结构为：

无效字	帧头	设备ID	监测标示	CRC-8校验	帧尾
						2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	2(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

监测标示：代表用于监测的参数，一共2个字节，最多可同时监测8个参数。

当设备接收到主设备发送的监测类信息帧后,向主设备发送响应帧，其结构如下：

无效字	帧头	设备ID	监测数据包	CRC-8校验	帧尾
						2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	16(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

监测数据包：监测数据包中包含着设备监测数据，与监测标示中的监测数据一一对应。

（3）、控制类帧结构：是对于需要实现控制类功能而制定的结构,控制类帧可以实现对设备的控制。主机向设备发送控制类帧,设备接收到控制类帧,并执行该制类帧中所包含的命令,同时向主机发送响应帧,主机接到响应帧后,得知操作正确。控制类帧结构如下：

无效字	帧头	设备ID	命令字	CRC-8校验	帧尾
						2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	30(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

命令字：为主设备发送给从设备的操作，可同时发送多组操作数。

当设备接收到主设备发送的控制类信息帧后,向主设备发送响应帧，其结构如下：

无效字

帧头

设备ID

控制响应字

监测数据包

CRC-校验

帧尾

2(Byte)

2(Byte)

4(Byte)

2(Byte)

16(Byte)

2(Byte)

2(Byte)

控制响应字：确定控制信号已经接受成功，操作命令已发出。

监测数据包：为了方便实时的传回监测数据，特意在控制响应帧中加入所监测参数数据。

（4）、维护类帧结构：是对具有维护功能的设备而制定的一类帧结构,这类帧可以对设备进行参数设置,从而完成对设备的维护功能。主设备向从设备发送维护类帧，从设备接收到维护类帧后，按照维护类帧中所包含信息完成对设备进行的修改和设置，同时向主机发送响应帧，其结构如下。

无效字	帧头	设备ID	配置参数	CRC-8校验	帧尾
						2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	30(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

配置参数：为主设配对从设备的设置，最多可同时设置15组参数。

当设备接收到主设备发送的维护类类信息帧后,向主设备发送响应帧，其结构如下：

无效字	帧头	设备ID	状态参数	CRC-8校验	帧尾
						2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	30(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

状态参数：表示从设备当前的状态。

（5）、补充类帧结构：是在接日与设备之间传输信息帧时。以下情况会使用补充类帧：

1、根据传输信息帧长度、数据区字节数及具体帧结构进行判断,当数据区长度过大,无法用一帧进行传输时,即采用补充类帧结构，先发送没有校验的第一帧,再自动发送补充帧。

2、作为数据的预留，当出现新一类的数据需要传输时，可以通过补充类帧发送。

结构如下：

无效字	帧头	设备ID	预留	CRC-8校验	帧尾
						2(Byte)	2(Byte)	4(Byte)	30(Byte)	2(Byte)	2(Byte)

补充类帧的应答帧结构和补充类帧结构一样，既可以从遥控发送给被控对象，也可以有被控对象直接发给设备。作为预留帧，30BYTE的预留数据我们可以根据自身需要去定义。

在数据传输过程中，当主机向设备发送请求信息时,设备对信息帧进行解码,按照协议规定,做出响应的操作,经过处理,再按照协议规定的格式传回响应的应答信号和数据。双向通讯协议AFHDS2所包含的每一类帧都对应相应的功能，整个协议层次清晰、结构简单、实时性强、稳定可靠、抗干扰能力强、便于维护。

将本发明应用于遥控设备中，真正实现遥控设备的双向通信。通过握手帧实现发射机和接受的对码功能，设备ID保证了接收机和发射机的一一对应，避免因为一对多或多对一的情况而产生误动。同时，不同的ID码可以对应着不同的跳频算法，可以减少设备与设备之间的相互干扰。通过监测帧可以实时的监测接收机端的状态，如飞机高度、电池电压、马达温度等。控制类帧用于遥控通道的输出，可同时传输多组通道数据。维护类帧用于接收机参数的设定，如舵机出去频率等，最多同设定15组参数。补充类帧用于预留，可以对一个突发情况进行处理，如数据太长一次无法传输、新功能的增加等等。当遥控发射机开机进入对码状态后，首先会发送握手类帧，搜索可能存在的接收机。接受机开机进入对码状态后也会等待发射机的发来的握手类帧，当握手成功后，自动退出对码状态，并保存当前握手成功的ID码，用于下次自动识别已握手成功的设备。设备对码成功后会每3MS发送一次控制类帧，用于通道输出。接收机在收到控制类帧后会应答一个响应帧，响应帧中包含有接收机监测到的状态信息，这样就可以实现双向实时的控制和监测。当发射机需要对接收机进行参数设置时，会发送一个维护类帧，维护类帧包含有参数数据。

同时，本发明的频率跳算法分为主动跳频和被动跳频两种方式。使用被动跳频时，若遥控设备根据发送信息和反馈信息判断该通信频点干扰大，就会自动跳转到其他频点进行通信，同时发送信息给被控机动模型进行对应的跳频。使用主动跳频时，发射机每发射完一次数据都会主动根据算法自动的跳到下一个频点，同时接收机也会主动的跳到对应的频点，保证通信双方在每次通信时都在相同的频点上，主动避开干扰大的频点，保证通信数据的正确性。频率跳转可以在可调整的频率范围内随机挑选下一个跳转的频率，也可顺序选择后续跳转频率，具体跳转方式根据设备ID而定。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其特征在于，所述系统包括：

用于组建整个无线网络物理层处理模块；

用于遥控模型中发射机与接收机进行数据传输的网络层数据处理模块；

以及用于实现遥控设备的遥控功能的应用层处理模块；

其中，所述物理层处理模块包括构建无线网络的硬件设备及驱动程序；所述网络层数据处理模块定义数类数据帧结构和数据帧类型；

所述网络层数据处理模块定义数据帧结构定义五类帧结构，包括握手类帧结构、控制类帧结构、监测类帧结构、维护类帧结构和补充类帧结构；

所述AFHDS2双向通信系统采用主动跳频或被动跳频的方式跳频，当采用被动跳频模式时，若遥控设备根据发送信息和反馈信息判断该通信频点干扰大，就自动跳转到其他频点进行通信；采用主动跳频模式时，发射机每发射完一次数据都会主动根据算法自动的跳到下一个频点，同时，接收机也会主动跳到对应的频点。

2.根据权利要求1所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其特征在于，

所述握手类帧结构依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述控制类帧结构中依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的命令字、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述监测类帧结构中依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的监测标示、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述维护类帧结构依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的 帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的配置参数、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾；

所述补充类帧结构依次包含一个Byte以上的无效字、一个Byte以上的帧头、一个Byte以上的设备ID、一个Byte以上的预留、一个Byte以上的CRC-8校验和一个Byte以上的帧尾。

3.根据权利要求2所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其特征在于，

所述握手类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、2Byte的设备ID、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述控制类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的命令字、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述监测类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、2Byte的监测标示、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述维护类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的配置参数、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

所述补充类帧结构中依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的预留、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾。

4.根据权利要求3所述的应用于遥控模型的AFHDS2双向通信系统，其特征在于，

当遥控器发送所述的握手类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的控制类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、2Byte的控制响应字、16Byte的监测数据包、2Byte的CRC-校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的监测类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、16Byte的监测数据包、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的维护类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的状态参数、2Byte的 CRC-8校验和2Byte的帧尾；

当遥控器发送所述的补充类帧后，其收到的应答帧结构依次包含2Byte的无效字、2Byte的帧头、4Byte的设备ID、30Byte的预留、2Byte的CRC-8校验和2Byte的帧尾。