CN205179046U - 一种无人机测控信号分配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无人机测控信号分配器，无人机测控信号分配器同时接收地面数据终端发送的两路遥测数据。在自动控制模式，根据通道优先级、数据延迟时间与准确性自行选择一路遥测数据进行传输；在人工控制模式，通过手动切换开关，可以选择两路遥测数据中一路进行传输，并将选定的遥测信号同时分配出四路信号。

Description

一种无人机测控信号分配器

技术领域

本发明涉及无人机遥测与遥控数据传输技术领域，具体为一种无人机测控信号分配器。

背景技术

现有的无人机测控通信过程中，无人机遥测下行信号是通过地面数据链终端测控接口与地面控制站的实时处理计算机连接，实时处理计算机接收遥测数据帧，然后通过网络发送到多个地面监控设备。

地面监控设备发送遥控指令时，通过网络将遥控数据帧发送至实时处理计算机，实时处理计算周期性地发送至地面数据链终端，形成遥控信息上行传送至无人机。

该方式以单台实时处理计算机作为测控数据(遥控与遥测)接收与转发核心设备，存在传输环节多，延时大、误码率高、智能化程度低、冗余性差等问题，影响无人机飞行安全。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的传输环节多，延时大、误码率高、智能化程度低、冗余性差等问题，本发明提出一种无人机测控信号分配器。

技术方案

一种无人机测控信号分配器，其特征在于包括单片机C8051F020、第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066、第一电平转换电路75175、第二电平转换电路75175、第三电平转换电路75175、多个电平转换电路75174和三位切换开关；第一电平转换电路75175、第二电平转换电路75175的输出端分别连接单片机C8051F020的两个串行接口，单片机C8051F020的IO口两个引脚分别连接第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066的使能引脚，第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066的输出端并联后连接第三电平转换电路75175输入端，第三电平转换电路75175的输出端连接多个电平转换电路75174，三位切换开关与单片机C8051F020的IO口三个引脚连接。

当用于遥测分配时，第三电平转换电路75175的输出端连接四个电平转换电路75174。

当用于遥控分配时，第三电平转换电路75175的输出端连接两个电平转换电路75174。

有益效果

本发明提出的一种无人机测控信号分配器，试验和应用表明，无人机测控信号分配器是地面控制站与无人机平台之间通信中枢，其可靠性直接影响无人机飞行安全。无人机测控信号分配器采用双冗余数据通道传输方式与智能化切换模式，提高了地面监控设备与地面数据终端之间遥控与遥测数据双向传输的可靠性，减少了飞行操纵人员压力，并具有低迟延特点，已成为无人机测控数据传输过程中不可缺少的关键设备。

附图说明

图1遥测信号分配电路

图2、2（续）遥测信号分配电路中单片机控制方法流程图

图3遥控信号分配电路

图4、4（续）遥控信号分配电路中单片机控制方法流程图

1-第一电平转换电路75175；2-第一模拟开关74HC4066；3-第二电平转换电路75175；4-第二模拟开关74HC4066；5-单片机C8051F020；6-第三电平转换电路75175；7-第一电平转换电路75174；8-第二电平转换电路75174；9-第三电平转换电路75174；10-第四电平转换电路75174；11-三位切换开关。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

图1为遥测信号分配电路，包含单片机C8051F020、第一、第二模拟开关74HC4066、第一、第二、第三电平转换电路75175与第一、第二、第三、第四电平转换电路75174以及三位切换开关。第一电平转换电路75175、第二电平转换电路75175的输出端分别连接单片机C8051F020的两个串行接口，单片机C8051F020的IO口两个引脚分别连接第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066的使能引脚，第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066的输出端并联后连接第三电平转换电路75175输入端，第三电平转换电路75175的输出端连接四个电平转换电路75174；三位切换开关处的“1，2，3”分别连接到单片机C8051F020的IO口的三个引脚上，通过“1，2，3”处的电平高低，判断工作方式。

三位切换开关至“1”号位，单片机C8051F020使能1路遥测对应的第一模拟开关74HC4066，即第一模拟开关74HC4066打开，1路遥测信号传输至第三电平转换电路75175，将差分式电平转换为TTL电平，并将TTL电平信号输入到第一、二、三、四个电平转换电路75174，再将遥测信号恢复为差分信号，实现1路遥测分出四路信号。三位切换开关至“2”号位的工作方式与“1”号位相同。三位切换开关至“3”号位，通过电平转换电路75175将遥测信号转换为与单片机C8051F020适应的TTL电平信号，单片机C8051F020根据接收到的1路遥测数据与2路遥测数据，自行控制第一模拟开关74HC4066或第二模拟开关74HC4066的打开与关闭。

图2为遥测信号分配电路中单片机控制方法，初始化后，主要分为三个阶段。

第一阶段：判断三位切换开关位置：三位切换开关至“1”号位，将1路遥测对应模拟开关打开，表明仅接收1路号遥测，然后返回程序初始化之后。三位切换开关至“2”号位，将2路遥测对应模拟开关打开，表明仅接收2路遥测，然后返回程序初始化之后。三位切换开关至“3”号位，为单片机自动控制方式，进入第二阶段。

第二阶段：本阶段主要任务接收1路遥测数据。第一步，打开1路遥测接口中断响应，关闭2路遥测接口中断响应，进入第二步。第二步，开始响应1路遥测接口中断响应，判断在连续2秒钟时间内是否有遥测接口中断响应，如没有遥测接口数据中断响应，1路遥测数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭1路遥测对应的模拟开关，进入第三阶段。如有1路遥测接口中断响应，接收1路遥测数据，并对收到遥测数据帧进行正确性判断，如遥测数据帧在连续25次不正确，1路遥测数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭1路遥测模拟开关，进入第三阶段。如在25次内，接收到正确的遥测数据帧，1路遥测数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，打开1路遥测对应模拟开关，表明仅接收1路遥测。第三步，每次接收完1路遥测数据帧后，对三位切换开关状态进行判断，如为“1”或“2”号位返回第一阶段。如为“3”号位，返回到本阶段第二步。

第三阶段：本阶段主要任务接收2路遥测数据，第一步，关闭1路遥测接口中断响应，打开2路遥测接口中断响应，进入第二步。第二步，开始响应2路遥测接口中断响应，判断在连续2秒钟时间内是否有遥测接口中断响应，如没有2路遥测接口中断响应，2路遥测数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭2路遥测对应模拟开关，进入第四步。如有2路遥测接口中断响应，接收遥测数据，并对收到遥测数据帧进行正确性判断，如遥测数据帧在连续25次不正确，2路遥测数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭2路遥测对应的模拟开关，进入第四步。如在25次内，接收到正确的遥测数据帧，2路遥测数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，打开2路遥测对应模拟开关，表明仅接收2路遥测。第三步，每次接收完2路遥测数据帧后，对三位切换开关位置进行判断，如为“1”或“2”号位返回第一阶段。如为“3”号位，返回到本阶段第二步。第四步，判断三位切换开关位置，如为“1”或“2”号，则为进入第一阶段，如为“3”号，则返回到第二阶段。

图2中，通过对遥测数据帧的帧头、校验码、同步码及帧长进行辨别，来判断遥测数据帧正确性。表1为遥测帧的数据结构，主要包含帧头、遥测数据、校验码、同步码，总长32字节，检验码为28字节遥测数据累加和。遥测数据帧共分为四类，帧头不同，其它相同，帧头分别为十六进制“51”、“52”、“53”、“54”。

表1

图3为遥控信号分配电路，包含单片机C8051F020、第一、第二模拟开关74HC4066、第一、第二、第三电平转换电路75175与第一、第二电平转换电路75174以及三位切换开关。第一电平转换电路75175、第二电平转换电路75175的输出端分别连接单片机C8051F020的两个串行接口，单片机C8051F020的IO口两个引脚分别连接第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066的使能引脚，第一模拟开关74HC4066、第二模拟开关74HC4066的输出端并联后连接第三电平转换电路75175，第三电平转换电路75175的输出端连接两个电平转换电路75174输入端，三位切换开关处的“1，2，3”分别连接到单片机C8051F020的IO口的三个引脚上，通过“1，2，3”处的电平高低，判断工作方式。

三位切换开关至“1”号位，单片机C8051F020使能1路遥控对应的第一模拟开关74HC4066，即第一模拟开关74HC4066打开，1路遥控信号传输至第三电平转换电路75175，将差分式电平转换为TTL电平，并将TTL电平信号输入到第一个电平转换电路75174与第二个电平转换电路75174，再将遥控信号恢复为差分信号，实现1路遥控分出两路信号。三位切换开关至“2”号位的工作方式与“1”号位相同。三位切换开关至“3”号位，通过电平转换电路75175将遥控信号转换为与单片机C8051F020适应的TTL电平信号，单片机C8051F020根据接收到的1路遥控数据与2路遥控数据，自行控制第一模拟开关74HC4066或第二模拟开关74HC4066的打开与关闭。

图4为遥控信号分配电路中单片机控制方法，初始化后，主要分为三个阶段。

第一阶段：判断三位切换开关位置：三位切换开关至“1”号位，将1路遥控对应模拟开关打开，表明仅接收1路号遥控，然后返回程序初始化之后。三位切换开关至“2”号位，将2路遥控对应模拟开关打开，表明仅接收2路遥控，然后返回程序初始化之后。三位切换开关至“3”号位，为单片机自动控制方式，进入第二阶段。

第二阶段：本阶段主要任务接收1路遥控数据。第一步，打开1路遥控接口中断响应，关闭2路遥控接口中断响应，进入第二步。第二步，开始响应1路遥控接口中断响应，判断在连续2秒钟时间内是否有遥控接口中断响应，如没有遥控接口中断响应，1路遥控数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭1路遥控对应模拟开关，进入第三阶段。如有1路遥控接口中断响应，接收遥控数据，并对收到遥控数据帧进行正确性判断，如遥控数据帧在连续25次不正确，1路遥控数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭1路遥控对应模拟开关，进入第三阶段。如在25次内，接收到正确的遥控数据帧，1路遥控数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，打开1路遥控对应模拟开关，表明仅接收1路遥控。第三步，每次接收完1路遥控数据帧后，对三位切换开关状态进行判断，如为“1”或“2”号位返回第一阶段。如为“3”号位，返回到本阶段第二步。

第三阶段：本阶段主要任务接收2路遥控数据，第一步，关闭1路遥控接口中断响应，打开2路遥控接口中断响应，进入第二步。第二步，开始响应2路遥控接口中断响应，判断在连续2秒钟时间内是否有遥控接口中断响应，如没有2路遥控接口中断响应，2路遥控数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭2路遥控对应模拟开关，进入第四步。如有2路遥控接口中断响应，接收遥控数据，并对收到遥控数据帧进行正确性判断，如遥控数据帧在连续25次不正确，2路遥控数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，关闭2路遥控对应的模拟开关，进入第四步。如在25次内，接收到正确的遥控数据帧，2路遥控数据帧不正确次数计数器与中断响应未响应时间间隔计时器清零，打开2路遥控对应模拟开关，表明仅接收2路遥控。第三步，每次接收完2路遥控数据帧后，对三位切换开关位置进行判断，如为“1”或“2”号位返回第一阶段。如为“3”号位，返回到本阶段第二步。第四步，判断三位切换开关位置，如为“1”或“2”号，则进入第一阶段，如为“3”号，则进入第二阶段。

在图4中，通过对遥控帧的帧头、校验码、同步码及帧长进行辨别，来判断遥控数据帧正确性。表2为遥控帧的数据结构，主要包含帧头、遥控数据、校验码、同步码，总长32字节，检验码为28字节遥控数据累加和。

表2

实际使用时，本设备连接无人机系统地面数据终端的测控接口1与测控接口2以及地面监控设备1、地面监控设备2、地面监控设备3与地面监控设备4。接收遥测时，地面数据终端的测控接口1为主接口，测控接口2为副接口，正常情况下，本设备接收测控接口1的遥测数据，即1路遥测，如测控接口1出现故障，本设备自动接收测控2的遥测数据，即2路遥测。或通过手动三位切换开关至“1”或“2”号位，强制设备接收测控口1或测控口2的遥测数据，接收后的遥测数据分出四路，同时分发给地面监控设备为1至与地面监控设备4。

接收遥控时，地面监控设备为1为主，地面监控设备2为副，正常情况下，本设备仅接收地面监控设备1的遥控数据，即1路遥控，同时分发给地面数据终端的测控接口1与测控接口2。在无人机飞行时，地面监控设备1发生故障或遥控指令异常，本设备自动接收地面监控设备2的遥控数据，即2路遥控。并发送给地面数据终端测控接口1与测控接口2。如果在特殊情况下，仅需接收地面监控设备1(或地面监控设备2)遥控，手动三切换开关至“1”或“2”号位。

遥测与遥控数据传输不经过单片机C8051F020，单片机C8051F020仅参与遥控与遥测传输通道的选择，因此数据传输实时性强；遥控信号分配电路与遥测信号分配电路相互独立，一个电路故障不会导致另外一个电路故障，本设备可靠性高。

Claims (3)

1.一种无人机测控信号分配器，其特征在于包括单片机C8051F020(5)、第一模拟开关74HC4066(2)、第二模拟开关74HC4066(4)、第一电平转换电路75175(1)、第二电平转换电路75175(3)、第三电平转换电路75175(6)、多个电平转换电路75174和三位切换开关(11)；第一电平转换电路75175(1)、第二电平转换电路75175(3)的输出端分别连接单片机C8051F020(5)的两个串行接口，单片机C8051F020(5)的IO口两个引脚分别连接第一模拟开关74HC4066(2)、第二模拟开关74HC4066(4)的使能引脚，第一模拟开关74HC4066(2)、第二模拟开关74HC4066(4)的输出端并联后连接第三电平转换电路75175(6)输入端，第三电平转换电路75175(6)的输出端连接多个电平转换电路75174，三位切换开关(11)与单片机C8051F020(5)的IO口三个引脚连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人机测控信号分配器，其特征在于当用于遥测分配时，第三电平转换电路75175(6)的输出端连接四个电平转换电路75174。

3.根据权利要求1所述的一种无人机测控信号分配器，其特征在于当用于遥控分配时，第三电平转换电路75175(6)的输出端连接两个电平转换电路75174。