CN207530821U - 一种无人机飞控数传电台 - Google Patents

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郑建生
左小普
武强
马兴元
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Abstract

本实用新型属于无线通信技术领域，公开了一种无人机飞控数传电台,包括：吸盘天线、功放模块、收发模块、控制模块、电源模块、指示灯；吸盘天线、功放模块、收发模块、控制模块依次连接；电源模块分别向功放模块、收发模块、控制模块供电；指示灯与控制模块连接；功放模块采用型号为SKY65377的功放芯片；收发模块采用收发芯片，集成低噪声放大器、正交差分模块、混频器、模数转换器、自动增益控制器、频率合成器，收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术；控制模块包括MCU和接口电路；MCU采用STM32F103；指示灯指示数传电台处于发射、接收状态。本实用新型解决了现有技术中无人机飞控数传电台通信距离较短的问题。

Description

一种无人机飞控数传电台
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无人机飞控数传电台。
背景技术
具有自主飞行能力的小型无人直升机，可用于航拍、巡航、现代化农林业航空作业、勘测、自主侦查等作用，广泛用于生活、科研及军事的方方面面，因此，也使其成为各国研究的热点。在整个无人机系统中，通信子系统是飞行控制系统的重要组成部分，担负着飞行状态信息及任务载荷数据的采集与传送，保证地面监控系统对小型飞机的飞行状态监控，安全可靠地完成飞行任务。
利用数传电台可以实现无人机和地面站间较远距离并且安全可靠的无线通信。民用领域无人机通信系统受到相关法律法规限制，是不能如军事领域那样占用专用的通信信道，占用相应信道要进行特殊申请。但工业科学医学(Industrial Scientific Medical,ISM)频段则为无人机系统提供了丰富的频段资源，无需许可证，只需遵守一定的发射功率(小于1W)并不对其它频段产生干扰即可，因此在发射功率范围内，在保证系统有效性和可靠性前提下，尽可能地增加通信距离成为了研究中心。
数传电台的结构和性能将直接影响着无人机飞控系统的好坏。机载端数传模块应质量轻、功耗低，从而有效减轻无人机负载。低功耗、低误码率、远传输距离的数传电台已成为国内外射频工程师研究的重点和难点。因此，积极地展开高性能无人机飞控数传电台的相关研究是很有必要的。目前，大部分无人机飞控数传电台都是短距离内的通信，而远距离的通信比较少见。
实用新型内容
本申请实施例通过提供一种无人机飞控数传电台，解决了现有技术中无人机飞控数传电台通信距离较短的问题。
本申请实施例提供一种无人机飞控数传电台，包括：吸盘天线、功放模块、收发模块、控制模块、电源模块、指示灯；
所述吸盘天线、所述功放模块、所述收发模块、所述控制模块依次连接；所述电源模块分别向所述功放模块、所述收发模块、所述控制模块供电；所述指示灯与所述控制模块连接；
所述功放模块采用功放芯片，所述功放芯片的型号为SKY65377；
所述收发模块采用收发芯片，所述收发芯片集成低噪声放大器、正交差分模块、混频器、模数转换器、自动增益控制器、频率合成器，所述收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术；
所述控制模块包括MCU和接口电路；所述MCU采用意法半导体的STM32F103；
所述指示灯包括第一指示灯、第二指示灯，所述第一指示灯用于指示所述数传电台处于发射状态，所述第二指示灯用于指示接收状态。
优选的，所述电源模块包括DC-5V电源座、变压芯片，所述变压芯片采用AdvancedMonolithic Systems的AMS1084。
优选的，所述接口电路包括RS232接口、SPI接口、UART接口。
优选的，上位机与所述控制模块连接，所述上位机进行信息显示、参数设置、数据处理、接口控制。
优选的，所述收发芯片工作在LoRa模式时，频率范围为137MHz～1020MHz，带宽范围为7.8KHz～37.5KHz，数据传输速率为180bps～37.5kbps。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术，并通过功放模块提高信号发射功率，有效提高系统传输距离；通过配置MCU参数实现通信频率、带宽、扩频因子可调；通过控制模块实现纠错编码调制，减小误码率；通过功放模块提高信号敏感度；MCU采用中断驱动模式，能够有效降低功耗。综上，本实用新型提供的无人机飞控数传电台具有体积小、功耗低，误码率低、灵敏度高、价格低廉等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种无人机飞控数传电台的整体框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种无人机飞控数传电台中收发模块的结构框图；
图3为本实用新型实施例提供的一种无人机飞控数传电台中收发模块与控制模块的连接示意图。
其中，10-吸盘天线、20-功放模块、30-收发模块、40-控制模块、50-上位机；
31-低噪声放大器、32-正交差分模块、33-混频器、34-模数转换器、35-自动增益控制器、36-频率合成器。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种无人机飞控数传电台，解决了现有技术中无人机飞控数传电台通信距离较短的问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种无人机飞控数传电台，包括：吸盘天线、功放模块、收发模块、控制模块、电源模块、指示灯；
所述吸盘天线、所述功放模块、所述收发模块、所述控制模块依次连接；所述电源模块分别向所述功放模块、所述收发模块、所述控制模块供电；所述指示灯与所述控制模块连接；
所述功放模块采用功放芯片，所述功放芯片的型号为SKY65377；
所述收发模块采用收发芯片，所述收发芯片集成低噪声放大器、正交差分模块、混频器、模数转换器、自动增益控制器、频率合成器，所述收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术；
所述控制模块包括MCU和接口电路；所述MCU采用意法半导体的STM32F103；
所述指示灯包括第一指示灯、第二指示灯，所述第一指示灯用于指示所述数传电台处于发射状态，所述第二指示灯用于指示接收状态。
本实用新型中收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术，并通过功放模块提高信号发射功率，有效提高系统传输距离；通过配置MCU参数实现通信频率、带宽、扩频因子可调；通过控制模块实现纠错编码调制，减小误码率；通过功放模块提高信号敏感度；MCU采用中断驱动模式，能够有效降低功耗。综上，本实用新型提供的无人机飞控数传电台具有体积小、功耗低，误码率低、灵敏度高、价格低廉等优点。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为本实用新型提供的一种无人机飞控数传电台的整体框图，包括：吸盘天线10、功放模块20、收发模块30、控制模块40、电源模块、指示灯以及上位机50。
所述吸盘天线10、所述功放模块20、所述收发模块30、所述控制模块40依次连接；所述电源模块分别向所述功放模块20、所述收发模块30、所述控制模块40供电；所述指示灯与所述控制模块40连接；所述上位机50与所述控制模块40连接，所述上位机50进行信息显示、参数设置、数据处理、接口控制。
其中，所述功放模块20采用功放芯片，所述功放芯片的型号为SKY65377。
所述收发模块30采用收发芯片，如图2所示，所述收发芯片集成低噪声放大器31、正交差分模块32、混频器33、模数转换器34、自动增益控制器35、频率合成器36，所述收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术。所述收发芯片工作在LoRa模式时，频率范围为137MHz～1020MHz，带宽范围为7.8KHz～37.5KHz，数据传输速率为180bps～37.5kbps。
所述控制模块40包括MCU和接口电路，所述接口电路包括RS232接口、SPI接口、UART接口，所述MCU采用意法半导体的STM32F103。
所述指示灯包括第一指示灯、第二指示灯，所述第一指示灯用于指示所述数传电台处于发射状态，所述第二指示灯用于指示接收状态。
所述电源模块包括DC-5V电源座、变压芯片，所述变压芯片采用AdvancedMonolithic Systems的AMS1084。
本实用新型提供的一种无人机飞控数传电台涉及的原理如下：
在发送过程：上位机中的数据经RS232进入MCU，进行RS编码，然后通过SPI把数据传输给收发芯片，数据在收发芯片内部进行FEC、CRC编码、数据交叉、扰码、调制等处理，由发射端发出；在接收过程：数据经天线接收，进入到收发芯片中，经解调、位、帧同步检测、FEC、CRC解码、数据的解交叉、解扰等处理，将信息送入MCU中经RS解码，数据再由RS232送给上位机。
收发模块集成度高，内部集成低噪声放大器、正交差分模块、混频器、模数转换器、自动增益控制器、频率合成器，外围电路简单，仅需晶振及几个用于匹配/滤波的无源器件即可完成匹配。自动增益控制器的数字部分进行前向纠错编码FEC、循环冗余校验CRC，频率合成器为接收机和发射机提供本地振荡频率。
收发芯片是一种半双工传输的低中频收发器，其接收的射频信号首先通过低噪声放大器(LNA)放大。为便于设计并减少外部器件的使用，LNA输入为单端形式。接着，信号被转换到差分形式，以改善第二级线性和谐波抑制。之后，信号被下变频到中频(IF)输出同相正交(I&Q)信号。接着由一对模数转换器(ADC)进行数据转换，所有后续信号处理和解调均在数字领域进行。
控制模块对外提供三种类型的接口：RS232(与PC或具有RS232接口的设备相连)、SPI和UART(与具有UART/SPI接口的嵌入式设备直接相连)。用户可以根据自己的需求选择相应的接口。
为最大限度降低功耗，MCU采用中断驱动模式。收发模块向外发送接收的信号强度指示(RSSI)以便上位机实时了解当前信号质量。
如图3所示，收发模块与控制模块的接口是通过SPI接口进行寄存器配置来控制装置工作频率和数据的接收与发射，接口信号为主出从入(MOSI)、主入从出(MISO)、时钟信号(SCLK)及使能信号(NSS)。该MCU支持最多32K字节Flash。具有灵活的时钟控制，4个主时钟源，具有时钟监控的主时钟安全保障系统。支持SPI、UART、I2C通信。开发支持单线接口模块(SWIM)和调试模块(DM)，可以方便地进行在线编程和非侵入式调试。
频率步长及频率控制的计算公式分别如下：
FRF＝FSTEP×Frf(23,0)
其中，FSTEP为频率步长，FXOSC为晶振频率，FRF为工作频率，Frf(23,0)为定义寄存器的24位寄存器。默认条件下FXOSC为32MHz，即FSTEP为61Hz，则FRF＝61*Frf(23,0)Hz。
本实用新型基于数传收发芯片可以实现15Km范围内通信，并具有低功耗、重量轻、强抗干扰等优点。
本实用新型实施例提供的一种无人机飞控数传电台至少包括如下技术效果：
在本申请实施例中，收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术，并通过功放模块提高信号发射功率，有效提高系统传输距离；通过配置MCU参数实现通信频率、带宽、扩频因子可调；通过控制模块实现纠错编码调制，减小误码率；通过功放模块提高信号敏感度；MCU采用中断驱动模式，能够有效降低功耗。综上，本实用新型提供的无人机飞控数传电台具有体积小、功耗低，误码率低、灵敏度高、价格低廉等优点。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种无人机飞控数传电台，其特征在于，包括：吸盘天线、功放模块、收发模块、控制模块、电源模块、指示灯；
所述吸盘天线、所述功放模块、所述收发模块、所述控制模块依次连接；所述电源模块分别向所述功放模块、所述收发模块、所述控制模块供电；所述指示灯与所述控制模块连接；
所述功放模块采用功放芯片，所述功放芯片的型号为SKY65377；
所述收发模块采用收发芯片，所述收发芯片集成低噪声放大器、正交差分模块、混频器、模数转换器、自动增益控制器、频率合成器，所述收发芯片采用LoRa扩频调制解调技术；
所述控制模块包括MCU和接口电路；所述MCU采用意法半导体的STM32F103；
所述指示灯包括第一指示灯、第二指示灯，所述第一指示灯用于指示所述数传电台处于发射状态，所述第二指示灯用于指示接收状态。
2.根据权利要求1所述的无人机飞控数传电台，其特征在于，所述电源模块包括DC-5V电源座、变压芯片，所述变压芯片采用Advanced Monolithic Systems的AMS1084。
3.根据权利要求1所述的无人机飞控数传电台，其特征在于，所述接口电路包括RS232接口、SPI接口、UART接口。
4.根据权利要求1所述的无人机飞控数传电台，其特征在于，上位机与所述控制模块连接，所述上位机进行信息显示、参数设置、数据处理、接口控制。
5.根据权利要求1所述的无人机飞控数传电台，其特征在于，所述收发芯片工作在LoRa模式时，频率范围为137MHz～1020MHz，带宽范围为7.8KHz～37.5KHz，数据传输速率为180bps～37.5kbps。
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