CN1575840A - 基于gsm模块的模型飞机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了基于GSM或其他无线系统的一种方法，该方法用来控制模型飞机或其他飞行物体。该方法包括发射机子系统和接收机子系统。发射机和接收机均包含用来传输控制信号的GSM模块。把控制信号转换成数字信号，并组合成GSM数据帧或块。可以使用任何GSM话音信道，数据信道，SMS或者GRPS来传输控制信号。利用新方法可以完全解决或显著改善传统方法中出现的干扰、控制距离、反向信道和信道数的问题。

Description

基于GSM模块的模型飞机控制器

技术领域

本发明涉及一种模型飞机控制器，特别涉及一种基于GSM模块的模型飞机控制器。

背景技术

RC(无线遥控)模型飞机是一项重要的、吸引了美国和世界其他国家成千上万机模爱好者的业余爱好。

RC模型飞机包括以下部分：机身，包括机舱、推进器、机翼和方向舵/升降舵等；引擎和伺服系统；无线接收机和天线；飞行用电池；用做发射机兼控制器的无线电装置。

除了无线电装置，其他所有部件都放置在飞机本身内。

进行控制的传统方式是使用视距无线电。

在美国，FCC(美国通信委员会)将RC模型飞机控制使用频率指定在72-73MHz。每个控制信道的带宽为2KHz。因此，在频带内一共有50个信道。还可以使用其他6个大约27MHz的信道。这些信道均为真实的模拟物理信道。在其他国家，用于RC机模控制器的频率或许会有差别。

通常情况下，需要2-4个信道来控制单个飞机模型的飞行。而较复杂的控制器则需要多达10个信道。

以上描述的RC系统具有下列不足之处：每个用户的信道数量是有限的；当许多用户正在一起飞行时，同信道或邻近信道产生的干扰太强以致于无法准确地控制飞机；控制距离是有限的。这完全是由发射机的功率和接收机的灵敏度决定的；传输方式是单向的，信号无法反馈回来。使得无法实现闭环控制或照片回传等的其他功能；制造一个高质量系统的成本过高。

发明内容

在下面的段落里，我们会推荐一种基于GSM的飞机模型控制系统。这个系统能有效地解决使用传统控制方式存在的所有问题。

我们建议使用2个GSM模块来实现控制信号在无线发射装置和目标飞机之间的通信。一个模块用做发射机，另一模块用做接收机。飞机的其他组成部分保持原样。只是把信号传输部分替换成了GSM系统。

当用户准备放飞他的模型飞机时，他将在发射机上拨接收机的号码，以致可以建立信道。控制信号被转换成数字信号，形成准备发送的GSM帧。信号传送经过GSM基站和中心网络；这与传统系统中使用的视距无线通信是完全不同的。

使用数字化的帧结构，使多个控制信号在一起成为分组而传送。这等效于多个控制信道。但是，这种方法与需要多个真实物理信道的传统方法是截然不同的。

还有可能用一个商务GSM蜂窝电话作为发射机来替代一个GSM模块。

另一种可能性是只以语音来控制飞机。这样，就可以省去无线发射机的手动控制部分。

除了GSM，其他无线通信系统(如IS-95、CDMA-1X、UMTS、CDMA-2000、WLAN等)均可派上同样的用途。

可以使用蜂窝电话模型(GSM或其他等等)来控制模型汽车、模型坦克、模型直升机、模型机器人、模型船艇和玩具等等。

与传统系统相比，新系统表现出如下优点：不使用指定的控制频率；控制的距离明显延长。一般，不需要视距；没有同信道或邻近信道干扰；对于每个用户能支持更多的信道；能支持返回信号。

唯一的不足就是，当使用GSM网络控制飞行时，用户必须支付蜂窝电话费。因为每次飞行的时间只会持续10-30分钟，所以产生的费用不会成为用户的负担。

附图说明

在附图中，相同的参考号识别相同的或实质上相似的元件或操作。为方便区分讨论的特定元件或操作，参考号中最高有效位数字指示了某元件第一次出现在附图中的图号。(例如，元件201是在图2中第一次出现并讨论的)。

依照惯用的电子电路表示法，电子元器件的尺寸并不需要按实际尺寸的比例来画，并且，为了增强附图的可读性，不同的元器件可以适当放大或缩小。附图中已经除去了元器件的细节，使之不包含诸如元器件的具体位置和这些元器件间具体准确的连接方式之类的细节，当这些细节与本发明无关时。

在这里，标题仅仅是为了方便阅读，并不对要求权利的本发明的范围和意义产生任何必要的影响。

图1a是方块图，说明基于GSM的控制信号发射机的元件和结构。它是无线电装置的一个部分。

图1b是方块图，说明基于GSM的控制信号接收机的元件和结构，它位于模型飞机的机舱内。

图2a展示了基于GSM的发射机的PCB板上的主要元器件和结构。

图2b展示了基于GSM的接收机的PCB板上的主要元器件和结构。

图3a表示了状态机的流程图，所述状态机是嵌入在基于GSM的发射机的微控制器中的。

图3b表示了状态机的流程图，所述状态机是嵌入在基于GSM的接收机的微控制器中的。

具体实施方式

本发明描述了一种基于GSM的方法和设备，用于在一个无线控制模型飞机系统中传输控制信号。在以下的描述中包含了大量的特殊细节，以提供对于本发明的实施例的透彻理解。但是，对于相关行业的资深人士，无需一个或多个特定细节，或使用其他方法、元器件等等就可以实施本发明。另一方面，为了避免对于理解本发明的各个实施例的一些方面的困难，本文未对众所周知的结构和操作进行详细描述。

在整个详述过程中，“一个实施例”或“实施例”的意思是在本发明的至少一个实施例中包括与这种实施例相关联而描述的特定特性、结构或特征。因此，在整个过程中，出现在整个说明书中不同的地方的短语“一个实施例”或“实施例”并非全部都指同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可能按任何合适的方式组合特殊的特性、结构或特征。

此外，虽然本发明是以GSM协议的形式来描述的，但是本发明的系统和方法同样能适用于任何蜂窝电话和其他用以支持语音、消息或其他数据通信的无线电信系统。一些例子可以是CDMA、3G、PHS、蓝牙和无线LAN等等。

并且，虽然是以模型飞机来描述本发明的，但是本发明的系统和方法同样能适用于任何能远程控制的物体来执行任何功能。一些例子可以是模型车、模型船舰和机器人等等。

并且，虽然是以手动操作控制手柄或开关来描述本发明的，但是本发明的系统和方法同样能应用于其他有意义的控制信号。一些例子可以是话音和键盘等等。

并且，虽然是作为单向传输方式来描述本发明的，但是本发明的系统和方法必然能用来进行双向传输。例如，使用返回发送信号的一个例子可以是发送通过安装在飞机上的照相机拍下的照片或视频。

并且，虽然是作为通过电路切换数据信道传输控制信号来描述本发明的，但是本发明的系统和方法同样能适用于其他类型的信道。一些例子可以是语音信道、短消息服务或基于GSM系统的GPRS。

因此，以下描述的只是本发明的一个实施例，该实施例针对：在一个方向上，在GSM网络的电路切换数据信道上，对于产生模型飞机的控制信号的控制手柄/开关的传输。

系统组成图1a和1b分别显示了本发明中的发射机和接收机一个实施例包括的方块图。

在图1a中，游戏者102通过移动无线电控制面板103上的手柄和开关而产生模拟控制信号。通过位于无线电中的传感器104，使移动转化为电子信号。这样产生的电子信号是多维的或多信道的。例如，一个3信道的控制信号可能包括控制模型飞机的副翼(位于机翼上面)、方向舵和升降舵的信号。

把多个信道模拟信号传送到基于GSM的发射机，发射机位于PCB板101上。它有五个主要元器件，ADC组105，多路复用单元106，微控制器107，GSM模块108和附带的SIM卡109，卡109是GSM模块108进行正确操作所必备的。

在PCB板101上，首先通过ADC组105使信号数字化，再经过106进行多路复用。然后，根据GSM协议进一步处理信号以形成帧(107)。会在后面的图3a中给出有关107执行的处理的更详细说明。通过调用AT指令或其他程序方法，把GSM帧传送到GSM模块108。模块108通过天线110向连接的GSM基站发射RF信号。

被传送的信号经过与发射机上GSM模块连接的基站，然后，GSM中心网络，接着经过与接收机上GSM模块连接的基站，最后到达接收机。在图中并未示出GSM基站和GSM中心网络。

在接收机端，首先由天线130获取基站信号，然后，通过GSM模块128进行解调。需要SIM卡129以使GSM模块128的工作正确。把解调的GSM帧送往微控制器127，通过调用AT指令或其他程序做进一步的处理。

在微控制器127中，对数据解除帧结构和进行处理。稍后将会在图3b中详细讨论。然后，通过126对信号进行去复用，然后通过DAC组把信号转换成模拟信号。

伺服系统124得到这些模拟信号，相应地控制模型飞机(122)的副翼、方向舵和升降舵等等(123)的移动。

如图2a和2b所示，发射机或接收机的硬件系统各包含一个带有天线的GSM模块，天线放置在一块小的PCB板200或210上。

在图2a中，PCB板200上的主要元器件为：带有天线201的GSM模块202，SIM卡插座203，微处理器204，多路复用单元205，ADC组206和一个连接器207。

把从传感器出来的模拟信号通过连接器207送往电路板，随后由ADC组206转换成数字信号。然后通过205对数字信号进行多路复用，并馈送入微处理器204中。根据图3a所示的流程图在204中对信号进行处理。然后，把所产生的GSM帧或块送往GSM模块202。GSM模块202执行所有必需的GSM物理层处理，然后通过天线201发射出RF信号。

在图2b中，PCB板210上的主要元器件为：带有天线211的GSM模块212，SIM卡插座213，微控制器214，多路复用单元215，DAC组216和连接器217。

天线211首先接收RF信号，然后，GSM模块212将执行全部的解调工作，并将解调的信号块传送到微处理器214。在214中根据图3b所示的流程图对信号进行处理。然后，把所产生的数字信号送往215进行去复用。接着通过DAC组216把信号转换成模拟信号，再通过连接器217传送到伺服系统。

软件在图3a和3b中给出状态机或嵌入微控制器中的软件程序的结构。

图3a描述发射机微处理器的状态机。在接通开关后，状态机从300开始运行。最首要的一件事情就是指示GSM模块建立与GSM网络的连接，如301所示。然后，它进入一个循环，以等待开始起飞的信号(302和303)。如果接收到信号，它会指示GSM模块拨出接收机端GSM模块的蜂窝电话号码来得到一个仅有的数据连接(304)。

在建立连接后，进入处理发送所需要数据的一个循环，它会不停地接收从传感器(305)来的的信号，形成数据块(306)，并且发送到GSM模块(307)。一旦接收到停飞的信号，它就会指示模块停止(309)。在模块停止后，它又重新进入等待起飞的循环。

同样地，图3b描述的是接收机微处理器的状态机。在接通开关后，状态机从320开始运行。最首要的一件事情就是指示GSM模块建立与GSM网络的连接，如321所示。然后，进入等待来电的循环(322和323)。如果接收到一个来电，则它将指示GSM模块选择和建立一个仅有的数据连接(324)。

在建立连接后，它会进入一个循环，该循环处理从GSM模块接收到的数据块，解除数据块的帧(325)，并进行处理(326)，然后把它们传送到伺服系统(327)。一旦另一端终止了呼叫(328)，它就会指示模块停止(329)。在停止后，又进入等待来电的循环。

结论，上面揭示基于GSM的模型飞机控制器。本发明的方法和设备是简单、可靠的，且能适用于许多不同场合，从控制目标到无线网络环境。

将从上述说明理解，为了说明的目的而已经描述了本发明的特定实施例，但是可以作出各种修改而不偏离本发明的精神和范围。因此，除了由所附的权利要求书限定外，本发明不受限制。

因此，以上对本发明的实施例进行的详尽描述的目的并不在于仅仅把它局限在某一确定的范围内。同时，熟悉本技术领域相关技术的人员会理解，为了说明的目的而在上面描述本发明的特殊实施例和例子，在本发明范围内的各种相关的修改也是可能的。例如，以某一特定排序给出步骤，替换的实施例可以执行具有不同排序的步骤的例行程序。可以把这里所提供的本发明的学说应用于不一定是以上陈述的GSM系统的其它系统。本发明可以根据详细说明进行各种修改。

Claims (9)

1、使用蜂窝电话、无线电传呼机、无线本地回路、无线家庭网络或无线LAN模块来控制模型飞机、模型车、模型船舰、机器人或其他无线控制运动的物体的一种系统和方法，包括：

a.发射机；

b.接收机。

2、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于于发射机子系统包括：

a.控制面板；

b.一个或多个传感器；

c.ADC组；

d.多路复用单元；

e.微控制器；

f.带有SIM卡和天线的GSM模块。

3、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于电路包括：

a.一个或多个传感器；

b.ADC组；

c.多路复用单元；

d.微控制器；

e.带有SIM卡和天线的GSM模块。

4、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于使用权利要求2的子系统和权利要求3的电路处理发射机端的一种方法，包括：

a.通过连接器把来自传感器的模拟信号传送至电路板；

b.模拟信号经过ADC组转换为数字信号；

c.然后，数字信号经过多路复用和送至微处理器处；

d.处理信号；

e.把所产生的GSM帧或块送入GSM模块中；

f.GSM模块进行所有必需的GSM物理层处理；

g.通过天线发射RF信号。

5、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于状态机在发射机的微处理器中运行，包括如下步骤：

a.从接通电源后开始运行；

b.指示GSM模块建立与GSM的连接；

c.进入等待开始起飞信号的一个循环；

d.当接收到起飞信号时，指示GSM模块拨在接收机端的GSM模块的蜂窝电话号码以作出数据呼叫、话音呼叫、SMS连接或GPRS连接；

e.在建立连接之后，进入处理需要发送的数据的一个循环：处理来自传感器的信号，形成数据块，并传送给GSM模块；

f.在接收到停飞信号后，指示模块停止；

g.在停止后重新进入等待起飞的循环。

6、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于接收机的子系统包括：

a.一套控制靶、副翼、方向舵、升降舵等等；

b.一个或多个伺服系统；

c.DAC组；

d.去复用单元；

e.微控制器；

f.带SIM卡和天线的GSM模块。

7、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于电路包括：

a.一个或多个传感器；

b.DAC组；

c.去复用单元；

d.微控制器；

e.带SIM卡和天线的GSM模块。

8、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于通过权利要求6的子系统和权利要求7的电路处理接收机端的一种方法，包括：

a.天线首先接收到RF信号；

b.GSM模块执行所有解调的工作

c.将解调的信号块发送到微控制器；

d.进行信号处理；

e.对所产生的数字信号进行去复用；

f.通过DAC组将信号转换为模拟信号；

g.然后通过连接器将信号传送到伺服系统。

9、根据权利要求1所述的系统和方法，其特征在于状态机在接收机的微处理器中运行，包括如下步骤：

a.从接通电源开始工作；

b.指示GSM模块建立与GSM网络的连接；

c.进入等待来电呼叫的循环；

d.如果接收到来电，则指示GSM模块接起电话，并根据呼叫者的要求建立数据呼叫，话音呼叫，SMS连接或GPRS连接；

e.在连接建立后，进入处理来自GSM模块的数据块的循环，解除数据块的帧，并进行数据处理，以及将他们传送给伺服系统；

f.如果另一方终止呼叫，则指示模块停止；

g.在停止后，重新进入等待来电的循环。

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