CN112737669A - 一种基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线传输系统，特别是涉及一种基于树莓派Wi‑Fi网络的无人机数据传输系统，包括树莓派、无人机、地面站服务器，其中，树莓派通过HDMI线与无人机连接，树莓派连接到电源，地面站服务器通过有线网络或者无线网路与树莓派连接；利用前项等待、无交互文件队列等机制，使用树莓派作为硬件进行稳定的无失真数据传输，有效解决了地面基站覆盖能力弱的低空条件下以及无信号覆盖的边远地区的数据传输问题。

Description

一种基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统
技术领域
本发明涉及一种无线传输系统，特别是涉及一种基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统。
背景技术
随着科学技术的发展，IoT(Internet of Things)的概念越来越成为技术前沿的发展趋势。无人机作为一种用途广泛的数据采集、中继平台，在航空大数据、计算机视觉等领域逐渐发挥出了举足轻重的作用。
目前，对于无人机数据传输的研究大都集中在图像领域，如公开号为CN208836303U的专利介绍了基于无人机的微波图传技术。而对于诸如空域信息、水文气象等需要进一步处理数据的传输技术则研究较少；另外，对于4G领域的无人机数据传输大都集中在4G网络本身，如公开号为CN108833274A、CN108566508A、CN109345804A的专利都对4G技术在无人机数据传输的应用上进行了非常深度的研究。但是，无人机经常处于视距范围内的低空场景中，现有基站对于空域的覆盖度得不到保证；此外，对于基础设施薄弱的边远地区，信号覆盖率低，故上述方法的传输效果，有时仍得不到有效保证。
对于IoT领域而言，大量的研究学科交叉十分广泛，而现有无人机通信方面的研究大都涉及如MAVLINK(Micro Air Vehicle Link)协议等无人机行业的专用架构与协议，不利于其他学科技术、方法的移植。并且，现有的无人机数据传输过程大都需要飞行控制器来辅助传输，对于有赖于低空平台进行数据收集、处理的交叉学科来说，不利于数据结构、代码等移植。因此，现有的无人机数据传送系统有待进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，具有流程控制紧凑、数据传输方便、数据采集效率高等特点，可有效解决多领域空中数据采集与中继无平台可用的问题，并能积极补足航空大数据等领域中实验平台的短板。
为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：一种基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，包括树莓派、无人机、地面站服务器，其中，树莓派通过HDMI线与无人机连接，树莓派连接到电源，地面站服务器通过有线网络或者无线网路与树莓派连接，无人机数据传输系统具体包括如下步骤：
(1) 每台机载设备利用Wi-Fi模块在局域网内进行可连接设备的搜索与识别；
(2) 对所有可探测机载设备的空闲状态进行自检与检测，建立数据传输链路；
(3) 按一定优先级机制对地面站或其他机载设备进行连接，以保证传输质量；
(4) 应用前项等待机制进行无交互文件队列的传输。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中的搜索与识别具体方法为使用SSH协议进行穷举连接，并读取设备标识进行匹配。
作为本发明的一种改进，所述步骤（2）中的自检与检测方法指使用读取制定文本文件的方法读取任务状态标志位，确定机载设备是否处于任务空闲状态。
作为本发明的一种改进，所述步骤（3）中的优先级机制为符合任务空闲状态下的贪心算法连接机制，即无人机在没有检测到地面设备的情况下，选择其能够检测到的第一台空闲无人机进行连接，并且下发任务与数据；空闲无人机收到新任务后重复上述行为，依次连接，形成自组织网络。
作为本发明的一种改进，所述步骤（4）中的前项等待机制指在终端处理文件队列元素的后一元素被检测到之前，暂停对当前元素的处理，并通过命令行或指定硬件设备向用户反映当前处于等待状态。
作为本发明的一种改进，所述等待状态为对于当前网络状态不佳，将欲处理的文件没有完成传输状态的映射。
作为本发明的一种改进，所述步骤（4）中的无交互文件队列指将所传输数据打包成一定大小的文件，将文件采用队列的数据结构进行传输，并且通过文件名进行数据的校验。
本发明取得的有益效果为：一种基于树莓派的Wi-Fi数据传输系统，具有流程控制紧凑、数据传输方便、数据采集效率高等特点，通过独特设计的机载树莓派系统，使得所需处理的数据直接进行传输，而无需经过飞行控制器等诸多其他机载设备，解决了多领域空中数据采集与中继无平台可用的问题；，补足了航空大数据等领域中实验平台的短板。
本发明的基于树莓派的Wi-Fi数据传输系统，在进行传输验证时，天空端采用视频作为传输文件，使用OpenCV开源计算库将视频分解为若干图片文件，并以文件名作为队列中元素的索引，逐帧进行传输。地面端不检测自身是否与其他设备相连，只检测缓存中是否存在要处理的文件，发现文件后，以逐帧播放的方式完成对文件的处理。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明的基于树莓派的Wi-Fi数据传输系统，包括树莓派、无人机、地面站服务器，其中，树莓派通过HDMI线与无人机连接，树莓派连接到电源，地面站服务器通过有线网络或者无线网路与树莓派连接，使用树莓派作为硬件载体，采用应用前项等待机制进行无交互文件队列的传输，主要包括几个步骤：
步骤一：
第1步：将树莓派及信号放大器使用PiJuice等供电设备进行独立于无人机的供电，并安装至所需无人机上，有专业的操控人员对无人机进行控制；
第2步：使用蓄电池、逆变器的组合，对地面站于路由器进行供电，亦可采用车载等方式扩大使用范围。
步骤二：
第1步：机载设备利用Wi-Fi模块在局域网内进行可连接设备的搜索与识别，具体的，所述搜索与识别使用SSH协议进行穷举连接，并读取设备标识进行匹配。
第2步：每台设备对所有可探测机载设备的空闲状态进行自检与检测，建立数据传输链路；具体的，所述自检与检测方法使用读取制定文本文件的方法读取任务状态标志位，从而确定机载设备是否处于任务空闲状态。
第3步：按一定优先级机制对地面站或其他机载设备进行连接，以保证传输质量；具体的，所述优先级机制为符合任务空闲状态下的贪心算法连接机制，即无人机在没有检测到地面设备的情况下，选择其能够检测到的第一台空闲无人机进行连接，并且下发任务与数据。空闲无人机收到新任务后重复上述行为，依次连接，形成自组织网络。
第4步：应用前项等待机制进行无交互文件队列的传输；进一步地，所述前项等待机制采用在终端处理文件队列元素的后一元素被检测到之前，暂停对当前元素的处理，并通过命令行或指定硬件设备向用户反映当前处于等待状态；更进一步地，所述等待状态为对于当前网络状态不佳，将欲处理的文件没有完成传输状态的映射；具体的，所述无交互文件队列指将所传输数据打包成一定大小的文件，将文件采用队列的数据结构进行传输，并且通过文件名进行数据的校验。
步骤三：
第1步：地面站不断检测是否受到数据，收到数据后进行数据的处理。
第2步：完成数据的采集、传输、处理任务后，由专业的操控人员操控无人机安全返航，并将设备断电。
如图1所示，本发明的基于树莓派的Wi-Fi数据传输系统，其工作原理为通过树莓派和Wi-Fi结合，利用无人机实现数据的采集。简单来说，是由机载设备启动、扫描网络设备、识别设备、任务状态自检、连接地面站、发送数据、任务结束返回等过程组成的单向循环链接；其中，在任务状态自检中，又有不存在任务时的返回设备启动设置，从而确保任务有效可执行；同时，在连接地面站时，也设置了连接其它机载设备和任务认证功能，扩大覆盖面，从而保证数据的传输完整性。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，包括树莓派、无人机、地面站服务器，其中，树莓派通过HDMI线与无人机连接，树莓派连接到电源，地面站服务器通过有线网络或者无线网路与树莓派连接，无人机数据传输系统具体包括如下步骤：
(1) 每台机载设备利用Wi-Fi模块在局域网内进行可连接设备的搜索与识别；
(2) 对所有可探测机载设备的空闲状态进行自检与检测，建立数据传输链路；
(3) 按一定优先级机制对地面站或其他机载设备进行连接，以保证传输质量；
(4) 应用前项等待机制进行无交互文件队列的传输。
2.根据权利要求1所述的基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，所述步骤（1）中的搜索与识别具体方法为使用SSH协议进行穷举连接，并读取设备标识进行匹配。
3.根据权利要求1所述的基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，所述步骤（2）中的自检与检测方法指使用读取制定文本文件的方法读取任务状态标志位，确定机载设备是否处于任务空闲状态。
4.根据权利要求1所述的基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，所述步骤（3）中的优先级机制为符合任务空闲状态下的贪心算法连接机制，即无人机在没有检测到地面设备的情况下，选择其能够检测到的第一台空闲无人机进行连接，并且下发任务与数据；空闲无人机收到新任务后重复上述行为，依次连接，形成自组织网络。
5.根据权利要求1所述的基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，所述步骤（4）中的前项等待机制指在终端处理文件队列元素的后一元素被检测到之前，暂停对当前元素的处理，并通过命令行或指定硬件设备向用户反映当前处于等待状态。
6.根据权利要求5所述的基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，所述等待状态为对于当前网络状态不佳，将欲处理的文件没有完成传输状态的映射。
7.根据权利要求1所述的基于树莓派Wi-Fi网络的无人机数据传输系统，其特征在于，所述步骤（4）中的无交互文件队列指将所传输数据打包成一定大小的文件，将文件采用队列的数据结构进行传输，并且通过文件名进行数据的校验。
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