CN206863973U - 一种基于neo‑m8n+sim7600c的无人机飞行冲突预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于NEO‑M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统，包括NEO‑M8N模块、STM32F103RCT6单片机控制模块和SIM7600C网络模块，NEO‑M8N模块、STM32F103RCT6单片机控制模块和SIM7600C网络模块，依次单向连接，NEO‑M8N模块负责接收定位信息并传送给单片机控制模块，单片机控制模块对信息处理后通过配置相应的AT指令将定位信息传送给SIM7600C，SIM7600C模块接收数据和指令后，开启4G网络，并将定位信息发送给地面冲突预警系统服务器，进而进行冲突预警判断，技术效果是为地面冲突预警系统服务器提供无人机精确位置信息，当无人机与障碍物，无人机与无人机之间的距离低于一定数值时，地面预警服务器发出警告，及时通知地面站操作人员和无人操作员，从而保障无人机的安全飞行距离，避免事故发生，可靠性高。

Description

一种基于NEO-M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种无人机飞行冲突预警系统，特别涉及一种基于NEO-M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统。

背景技术

随着低空空域使用意愿越来越强烈，以及无人机技术的快速发展，无人机作业以及无人机群作业已经成为一种趋势。相对于民航管理体制，无人机上并没有安装完善的防撞系统（如：TCAS），也没有相应的防撞监视机制对无人机进行防撞监视，这必然会使得在无人机/无人机群作业过程中无人机与无人机之间，无人机与障碍物之间发生碰撞，从而造成人身安全与财产损失。

高精度的NEO-M8N定位模块和稳定的SIM7600C网络4G模块有效的提高无人机/无人机群飞行作业安全，同时其价格便宜，稳定性高，为解决无人机飞行冲突预警问题提供了一种高性价比方案。

发明内容

为了解决无人机与无人机，无人机与障碍物之间的冲突问题，本实用新型提供一种基于NEO-M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统，通过在无人机上装载NEO-M8N+SIM7600C系统模块，实现对无人机的精确定位和定位信息的无线网络传输，通过设置冲突预警流程，形成一套为无人机操作员，地面站管制人员提供冲突预警的系统装置，具体技术方案是，一种基于NEO-M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统，包括NEO-M8N模块、STM32F103RCT6单片机控制模块和SIM7600C网络模块，其特征在于：NEO-M8N模块负责接收定位信息并传送给单片机控制模块；单片机控制模块对信息处理后通过配置相应的AT指令将定位信息传送给SIM7600C；SIM7600C模块接收数据和指令后，开启4G网络，并将定位信息发送给地面冲突预警系统服务器，进而进行冲突预警判断，电路连接为所述的NEO-M8N模块VCC端接3.3V直流电源；RF_IN端与RESET_IN端连接外围电路构成滤波电路，其中P1202安装GPS天线，TxD端与RxD端与单片机PA 3、PA 2端相连；所述的STM32F103RCT6单片机控制模块，其P13端、P14端与SWD接口连接，OSC_IN端与OSC_OUT端接外部晶振电路，PA2，PA3串口引脚与NEO-M8N芯片的串口引脚相连，PA9，PA10串口引脚与SIM7600C模块的串口引脚链接，PB13与SIM7600C外围电路相连，PB12与SIM7600C外围网络电路链接，所述的SIM7600C模块，按键S1为SIM7600C的网络硬启动按键，常按S1后可手动开启SIM7600C的4G网络，按键S2为SIM7600C的硬复位按键，用于手动复位SIM7600C模块；Q1三极管组成外围电路通过PWK_KEY线路与单片机的PB13脚相连，用于SIM7600C的网络软启动；Q2三极管组成的外围电路通过7600_RESET与单片机的PB12脚相连，用于SIM7600C的软复位；GNSS_ATN接口安装GPS天线，作为备用定位天线使用；MAIN_ATN接口安装4G天线，用于接收4G网络；AUX_ATN接口安装3G天线，用于备用网络使用，将NEO-M8N+SIM7600C系统模块的供电接口CON3与无人机的供电电源相接，无人机电源即可为NEO-M8N+SIM7600C系统模块供电。

本实用新型的技术效果是为地面冲突预警系统服务器提供无人机精确位置信息，当无人机与障碍物，无人机与无人机之间的距离低于一定数值时，地面预警服务器发出警告，及时通知地面站操作人员和无人操作员，从而保障无人机的安全飞行距离，避免事故发生，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的模块结构图；

图2是本实用新型的NEO-M8N模块原理图；

图3是本实用新型的STM32F103RCT6单片机控制模块原理图；

图4是本实用新型的SIM7600C网络模块原理图；

图5是本实用新型的单片机与NEO-M8N模块供电电路；

图6是本实用新型的SIM7600C模块供电电路；

图7是本实用新型的数据流程图；

图8是本实用新型的地面预警判断流程图；

图9是本实用新型的网络判断流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于NEO-M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统，包括NEO-M8N模块、STM32F103RCT6单片机控制模块和SIM7600C网络模块，其特征在于：NEO-M8N模块负责接收定位信息并传送给单片机控制模块；单片机控制模块对信息处理后通过配置相应的AT指令将定位信息传送给SIM7600C；SIM7600C模块接收数据和指令后，开启4G网络，并将定位信息发送给地面冲突预警系统服务器，进而进行冲突预警判断，电路连接为所述的NEO-M8N模块VCC端接3.3V直流电源；RF_IN端与RESET_IN端连接外围电路构成滤波电路，其中P1202安装GPS天线，TxD端与RxD端与单片机PA3、PA2端相连；所述的STM32F103RCT6单片机控制模块，其P13端、P14端与SWD接口连接，OSC_IN端与OSC_OUT端接外部晶振电路，PA2，PA3串口引脚与NEO-M8N芯片的串口引脚相连，PA9，PA10串口引脚与SIM7600C模块的串口引脚链接，PB13与SIM7600C外围电路相连，PB12与SIM7600C外围网络电路链接，所述的SIM7600C模块，按键S1为SIM7600C的网络硬启动按键，常按S1后可手动开启SIM7600C的4G网络，按键S2为SIM7600C的硬复位按键，用于手动复位SIM7600C模块；Q1三极管组成外围电路通过PWK_KEY线路与单片机的PB13脚相连，用于SIM7600C的网络软启动；Q2三极管组成的外围电路通过7600_RESET与单片机的PB12脚相连，用于SIM7600C的软复位；GNSS_ATN接口安装GPS天线，作为备用定位天线使用；MAIN_ATN接口安装4G天线，用于接收4G网络；AUX_ATN接口安装3G天线，用于备用网络使用，将NEO-M8N+SIM7600C系统模块的供电接口CON3与无人机的供电电源相接，无人机电源即可为NEO-M8N+SIM7600C系统模块供电。

如图2所示，信号接收电路NEO-M8N模块负责接收定位信息并传送给单片机控制模块；采用UBLOX公司的NEO-M8N芯片，该芯片导航精度满足167dBm，高性能，其低功耗可降低无人机供电负担，精致的RF架构和干扰抑制可以保证芯片在反GNSS环境下依然有良好的性能，最重要的是其水平定位精度在默认模式下为2米，相比其他定位芯片更为精确，同时其精准时钟脉冲信号为30ns，高速的的导航更新速率可以有实时刷新无人机的坐标位置，提高冲突预警系统的性能，芯片第9脚VCC接3.3V直流电源；第11脚RF_IN与第8脚RESET_IN组成的外围电路构成滤波电路，用于滤除接收信号中的杂波，提高信息质量。P1202安装GPS天线，用于接收定位信息；第20脚TxD与第21脚RxD与单机相连，用于启动芯片和把接收到的定位信息传输给单片机。

如图3所示，控制部分的单片机采用STM32F405，STM32类型单片机功能较全，运算速度快，且其开源程序较多方便开发和维护，F4系列的单片机具有更高的频率，可以减少延时，处理数据更快，SWD接口用于单片机程序下载；第5脚OSC_IN与第6脚OSC_OUT接外部晶振电路，用于启动单片机；PA2，PA3串口引脚与NEO-M8N芯片的串口引脚相连，用于传输NEO-M8N模块的启动指令和接收NEO-M8N模块的定位信息；PA9，PA10串口引脚与SIM7600C模块的串口引脚链接，用于传输AT指令和解析后的定位信息；PB13与SIM7600C外围电路相连，用于SIM7600C网络软启动；PB12与SIM7600C外围电路链接，用于SIM7600C的软复位。

如图4所示，为了更远距离的监控飞机，在信息传输部分采用SIM7600C网络模块，该模块利用4G网络将信息传输给地面冲突预警服务器系统。SIM600C模块性能稳定，外形小方便集成，性价比高，可以低功耗的实现SMS和数据的传输，降低无人机供电负担。按键S1为SIM7600C的网络硬启动按键，常按S1后可手动开启SIM7600C的4G网络;按键S2为SIM7600C的硬复位按键，用于手动复位SIM7600C模块；Q1三极管组成外围电路通过PWK_KEY线路与单片机的PB13脚相连，用于SIM7600C的网络软启动；Q2三极管组成的外围电路通过7600_RESET与单片机的PB12脚相连，用于SIM7600C的软复位；GNSS_ATN接口安装GPS天线，作为备用定位天线使用；MAIN_ATN接口安装4G天线，用于接收4G网络；AUX_ATN接口安装3G天线，用于备用网络使用。

图5、6所示，将NEO-M8N+SIM7600C系统模块的供电接口CON3与无人机的供电电源相接，无人机电源即可为NEO-M8N+SIM7600C系统模块供电，电源电路分为两部分供电：

（1）单片机与NEO-M8N模块供电电路采用以ASM1117芯片为核心的降压电路，将输入的高电压降为3.3V的低电压，为单片机和NEO-M8N供电；C8采用10uf电容进行电压输入滤波；C9，C12，C11，C12作为电压输出滤波，提高3.3V电压的稳定性；D_POWER二极管为发光二极管，用于电源信息指示；

（2）SIM7600C模块供电电路采用以MIC29302BU芯片为核心的降压电路，将输入的高电压降为3.8V的低电压，为SIM7600C模块供电。

如图7、8所示，数据流向为无人机/无人机群运行时，装载在无人机上的本发明的NEO-M8N模块接收GPS定位信息并发送至STM32F405单片机；STM32F405单片机接收定位信息并处理后把信息与控制指令发送至SIM7600C模块，同时对网络进行诊断，判定SIM7600C的网络传输模式并开启相应网络传输模式；SIM7600C通过4G网络将定位信息发送至冲突预警服务器系统，冲突预警服务器系将无人机坐标信息实时发送至无人机地面站，通过与指定距离的判断，向地面站人员发出冲突预警，从而实现无人机/无人机群的冲突调配。

如图9所示，可靠性采用双GPS天线和增加备用网络保证，

（1）采用双GPS天线：当NEO-M8N芯片失效时，可启动SIM7600C上的GPS定位模式，利用SIM7600C所带的GPS天线进行定位，从而保证在任何时刻无人机都可被定位。

（2）备用网络：通常无人机定位数据由4G网络传输，当单片机检测到4G网络信息中断或不稳定时，会开启备用3G网络，利用3G天线进行发送信息，并尝试再次开启4G网络数据链。

本实用新型具备以下特点：

√GPS定位数据精确接收处理；

√定位信息的4G网络传输；

√双网络可靠性设计；

√无人机防撞数据发送处理。

Claims (1)

1.一种基于NEO-M8N+SIM7600C的无人机飞行冲突预警系统，包括NEO-M8N模块、STM32F103RCT6单片机控制模块和SIM7600C网络模块，其特征在于：NEO-M8N模块负责接收定位信息并传送给单片机控制模块；单片机控制模块对信息处理后通过配置相应的AT指令将定位信息传送给SIM7600C；SIM7600C模块接收数据和指令后，开启4G网络，并将定位信息发送给地面冲突预警系统服务器，进而进行冲突预警判断，电路连接为所述的NEO-M8N模块VCC端接3.3V直流电源；RF_IN端与RESET_IN端连接外围电路构成信息滤波电路，其中P1202安装GPS天线，TxD端与RxD端与单片机PA3、PA2端相连；所述的STM32F103RCT6单片机控制模块，其P13端、P14端与SWD接口连接，用于单片机程序下载，OSC_IN端与OSC_OUT端接外部晶振电路，PA2，PA3串口引脚与NEO-M8N芯片的串口引脚相连，PA9，PA10串口引脚与SIM7600C模块的串口引脚链接，PB13与SIM7600C外围电路相连，PB12与SIM7600C外围网络电路链接，所述的SIM7600C模块，按键S1为SIM7600C的网络硬启动按键，常按S1后可手动开启SIM7600C的4G网络，按键S2为SIM7600C的硬复位按键，用于手动复位SIM7600C模块；Q1三极管组成外围电路通过PWK_KEY线路与单片机的PB13脚相连，用于SIM7600C的网络软启动；Q2三极管组成的外围电路通过7600_RESET与单片机的PB12脚相连，用于SIM7600C的软复位；GNSS_ATN接口安装GPS天线，作为备用定位天线使用；MAIN_ATN接口安装4G天线，用于接收4G网络；AUX_ATN接口安装3G天线，用于备用网络使用，将NEO-M8N+SIM7600C系统模块的供电接口CON3与无人机的供电电源相接，无人机电源即可为NEO-M8N+SIM7600C系统模块供电。