CN210776321U - 一种无人机多机通信板卡及无人机多机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无人机多机通信板卡及无人机多机控制系统，该无人机多机通信板卡包括主控制器、射频模块Ⅰ、射频模块Ⅱ和电源管理电路；主控制器接收地面站发送的控制指令；射频模块Ⅰ，用于将所述控制指令转发至无人机飞控；射频模块Ⅱ，用于接收无人机飞控传输的无人机数据，并传输至主控制器；电源管理电路，用于为所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ供电。该无人机多机通信板卡大大提高无人机数据通信的稳定，有效解决了在大量数据的同时收发时出现数据丢失的技术问题；该无人机多机控制系统为构建一对多无人机系统提供通信支持，具有节省通信模块和降低成本的优点。

Description

一种无人机多机通信板卡及无人机多机控制系统

技术领域

本实用新型涉及无人机控制技术领域，具体的说，涉及了一种无人机多机通信板卡及无人机多机控制系统。

背景技术

无人机全称为无人驾驶飞机(Unmanned Air Vehicles ,UAV)是指无人驾驶的由遥控设备或预先编程控制、带有动力源、可根据任务需求搭载不同任务载荷、并可重复回收利用的飞行器。在军事领域中，无人机凭借其高灵活性、生存能力高、受人为因素干扰小等优点，能够出色地完成侦察、监视、信息中继和空中预警等诸多任务，而迅速在各国军事领域中占领了重要地位。在民用领域中，无人机服务在电路巡查、航空摄影、农业植保和快递运送等方面得到了广泛运用，并以其超高的性价比逐渐取代高成本的有人机服务。

近年来，随着无人机关键技术的突破和应用场景的日趋成熟，无人机已拓展出更大的消费及应用市场，成为商业、政府和消费应用的重要工具。但是，随着无人机应用越来越多样化和细分化，对无人机监管和群集控制的需求也越来越明确，传统无人机通信板卡已经无法满足未来无人机应用的需求和管理。

目前，传统无人机通信板卡存在的缺点为：（1）设置单个通信模块，既实现数据发送功能又实现数据接收功能，由于受限于现有无线通信技术中当前数据通信的带宽限制，如果大量数据的同时收发，可能出现数据丢失的情况，导致通信不稳定；（2）采用点对点的射频技术进行直连控制，一个地面站只能通过通信板卡与一架无人机通信，单个无人机系统存在作业效率低、灵活性差、无法规模与立体化应用的缺点，不能满足现代市场高效率、多样化、多用途的消费需求；若需要多架无人机共同完成任务，则必须采用多个地面站及通信板卡，投入人力成本高。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种无人机多机通信板卡及无人机多机控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型第一方面提供一种无人机多机通信板卡，包括主控制器、射频模块Ⅰ、射频模块Ⅱ和电源管理电路；所述主控制器，连接地面站，用于接收所述地面站发送的控制指令；所述射频模块Ⅰ，一端连接所述主控制器，另一端与无人机飞控的无线通信模块通讯互联，用于将所述控制指令转发至所述无人机飞控；所述射频模块Ⅱ，一端连接所述主控制器，另一端与无人机飞控的无线通信模块通讯互联，用于接收无人机飞控传输的无人机数据，并传输至所述主控制器；所述电源管理电路，分别连接所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ，用于为所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ供电。

本实用新型第二方面提供一种无人机多机控制系统，包括上述的无人机多机通信板卡，还包括多架无人机飞控和地面站；所述无人机多机通信板卡一端，通过串口与地面站通讯互联，用于接收所述地面站发送的控制指令；所述无人机多机通信板卡另一端，与多架无人机飞控的通讯模块通讯互联，用于通过所述射频模块Ⅰ将接收到的控制指令转发至多架无人机飞控，以及通过所述射频模块Ⅱ接收多架无人机飞控传输的无人机数据。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

1）本实用新型提供一种无人机多机通信板卡，该无人机多机通信板卡包括主控制器、射频模块Ⅰ、射频模块Ⅱ和电源管理电路；所述主控制器通过串口与地面站连接，以接收所述地面站发送的控制指令；通过设置两个射频模块来提高通讯稳定性，其中，所述射频模块Ⅰ专用于将所述控制指令转发至无人机飞控，所述射频模块Ⅱ专用于接收无人机飞控传输的无人机数据并传输至所述主控制器；从而，大大提高无人机数据通信的稳定，有效解决了在大量数据的同时收发时出现数据丢失的技术问题；

2）本实用新型还提供一种无人机多机控制系统，包括上述的无人机多机通信板卡，还包括多架无人机飞控和地面站；其中，所述无人机多机通信板卡通过串口与地面站连接，以接收所述地面站发送的控制指令；所述无人机多机通信板卡通过所述射频模块Ⅰ，将接收到的控制指令转发至多架无人机飞控；所述无人机多机通信板卡还通过所述射频模块Ⅱ，来接收多架无人机飞控传输的无人机数据，从而为构建一对多无人机系统提供通信技术支持；大大降低投入人力成本，满足现代市场高效率、多样化、多用途的消费需求。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

图2是本实用新型的射频模块Ⅰ的电路原理图。

图3是本实用新型的射频模块Ⅱ的电路原理图。

图4是本实用新型的第一电压转换电路的电路原理图。

图5是本实用新型的第二电压转换电路的电路原理图。

图6是本实用新型的按键电路原理图。

图7是本实用新型的信号强度指示电路的电路原理图。

图8是本实用新型的OLED液晶显示电路的电路原理图。

图9是本实用新型的实施例3的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如附图1所示，一种无人机多机通信板卡，它包括主控制器、射频模块Ⅰ、射频模块Ⅱ和电源管理电路；所述主控制器，连接地面站，用于接收所述地面站发送的控制指令；所述射频模块Ⅰ，一端连接所述主控制器，另一端与无人机飞控的无线通信模块通讯互联，用于将所述控制指令转发至所述无人机飞控；所述射频模块Ⅱ，一端连接所述主控制器，另一端与无人机飞控的无线通信模块通讯互联，用于接收无人机飞控传输的无人机数据，并传输至所述主控制器；所述电源管理电路，分别连接所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ，用于为所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ供电。

该无人机多机通信板卡的工作原理为：（1）所述主控制器通过串口接收所述地面站发送的控制指令，并通过所述主控制器上设置的射频模块Ⅰ将所述控制指令转发至所述无人机飞控的无线通信模块；（2）无人机飞控的无人机数据，经无人机飞控的无线通信模块传输至所述射频模块Ⅱ，所述射频模块Ⅱ接收该无人机数据并传输至所述主控制器，所述主控制器通过串口将该无人机数据上传至所述地面站，以便所述地面站监测无人机数据。

如附图2所示，所述射频模块Ⅰ的第3引脚通过电阻R306连接至所述主控制器的引脚CPU_XBEE_1_RX；所述射频模块Ⅰ的第4引脚通过电阻R307连接至所述主控制器的引脚CPU_XBEE_1_TX；所述射频模块Ⅰ的第7引脚连接至所述主控制器的引脚XBEE1_RSSI；所述射频模块Ⅰ的第8引脚通过电阻R311连接至所述主控制器的引脚XBEE1_PWM1；所述射频模块Ⅰ的第27引脚Vref端口连接参考电压端，该参考电压端一端通过电阻R319连接电源端，另一端通过电阻R349接地。优选的，所述射频模块Ⅰ采用Xbee模块。

如附图3所示，所述射频模块Ⅱ的第3引脚通过电阻R323连接至所述主控制器的引脚CPU_XBEE_2_RX，通过电阻R347连接至集成接口芯片的GROUND_1_TX引脚，集成接口芯片的其他引脚还与所述主控制器的引脚相连；所述射频模块Ⅱ的第4引脚通过电阻R324连接至所述主控制器的引脚CPU_XBEE_2_TX；所述射频模块Ⅱ的第7引脚连接至所述主控制器的引脚XBEE2_RSSI；所述射频模块Ⅱ的第8引脚通过电阻R328连接至所述主控制器的引脚XBEE2_PWM2；所述射频模块Ⅱ的第27引脚Vref端口连接参考电压端，该参考电压端一端通过电阻R348连接电源端，另一端通过电阻R341接地。优选的，所述射频模块Ⅱ采用Xbee模块。

本实施例中，所述主控制器包括STM32F429IGT6单片机及其附属电路。所述无人机飞控的无线通信模块采用Xbee模块，用于接收所述射频模块Ⅰ转发的控制指令，以及将无人机飞控传输的无人机数据发送至所述射频模块Ⅱ。

本实施例中，所述电源管理电路包括第一电压转换电路和第二电压转换电路；所述第一电压转换电路和所述第二电压转换电路均采用DC-DC开关稳压器芯片，优选的，所述DC-DC开关稳压器芯片型号为AOZ1284PI。

如附图4所示，所述第一电压转换电路包括开关稳压器芯片U204、电感L103、电容C118、电容C119和肖特基二极管D105等；所述开关稳压器芯片U204的EN端口通过电阻R1连接36V电源；所述开关稳压器芯片U204的VIN端口分别通过电容C118和电容C119接地，并连接36V电源；所述开关稳压器芯片U204的LX端口通过电容C120连接所述开关稳压器芯片U204的BST端口，并分别连接电感L103的一端和肖特基二极管D105的负极，电感L103的一端连接该所述第一电压转换电路的输出端，肖特基二极管D105的正极接地；所述开关稳压器芯片U204的FB端口通过电阻R109连接该所述第一电压转换电路的输出端，并通过电阻R110接地。所述第一电压转换电路用于将36V直流电转换为5V直流电，为集成接口芯片等供电。

如附图5所示，第二电压转换电路包括开关稳压器芯片U203、电感L102和肖特基二极管D104等。所述开关稳压器芯片U203的EN端口通过电阻R4接地，通过电阻R3连接电源端，并通过电阻R2连接36V电源；所述开关稳压器芯片U203的SS端口通过电容C114接地；所述开关稳压器芯片U203的COMP端口依次经电阻R108和电容C113接地；所述开关稳压器芯片U203的FSW端口通过电阻R107接地；所述开关稳压器芯片U203的BST端口依次经电容C112和电阻R103连接所述开关稳压器芯片U203的LX端口；所述开关稳压器芯片U203的LX端口还连接电感L102的一端和肖特基二极管D104的负极，电感L102的另一端连接该第二电压转换电路的输出端，肖特基二极管D104的正极；所述开关稳压器芯片U203的FB端口通过电阻R106接地，并通过电阻R105连接该第二电压转换电路的输出端。第二电压转换电路用于将36V直流电转换为3.3V直流电输出，为主控制器、射频模块Ⅰ和射频模块Ⅱ等供电。

工作时，该无人机多机通信板卡的主控制器通过串口与地面站连接，以接收所述地面站发送的控制指令；通过设置两个射频模块来提高通讯稳定性，其中，所述射频模块Ⅰ专用于将所述控制指令转发至无人机飞控，所述射频模块Ⅱ专用于接收无人机飞控传输的无人机数据并传输至所述主控制器；从而，在不改变当前数据通信的带宽的前提下，大大提高无人机数据通信的稳定；同时，有效解决了在大量数据同时收发时出现数据丢失的技术问题。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：该无人机多机通信板卡还包括分别与所述主控制器连接的按键、信号强度指示电路、OLED液晶显示电路、Flash存储芯片、SDRAM存储芯片、USB接口、串口和UART接口。

如附图6所示，所述按键设置起飞控制按键、返航控制按键和设置控制按键。所述起飞控制按键一端接地，所述起飞控制按键的另一端分别连接所述主控制器的引脚CPU_KEY_FLY；所述起飞控制按键的另一端还通过电阻R428连接电源端，通过电容C416接地。所述返航控制按键和所述设置控制按键的电路结构与所述起飞控制按键的电路结构相同，在此不再详述。

如附图7所示，所述信号强度指示电路包括四个指示支路，第一指示支路包括电阻R416和发光二极管R，所述电阻R416的一端连接所述主控制器的引脚CPU_LED_RSSI_R，所述电阻R416的另一端连接发光二极管R的阴极；发光二极管R的阳极连接电源端，并通过电容C407接地；其他三个指示支路与第一指示支路的结构相同，在此不再详述。本实施例中，主控制器通过控制四个发光二极管的状态来指示接收到的无人机数据的信号强度。

如附图8所示，所述OLED液晶显示电路包括OLED控制芯片，所述OLED控制芯片的IIC_SCL引脚通过电阻R423连接所述主控制器的引脚CPU_OLED_SCL，所述OLED控制芯片的IIC_SDA引脚通过电阻R422连接所述主控制器的引脚CPU_OLED_SDA，所述OLED控制芯片的IIC_RES引脚通过电阻R420连接所述主控制器的引脚CPU_OLED_RES，所述OLED控制芯片的IIC_DC引脚通过电阻R421连接所述主控制器的引脚CPU_OLED_DC；其中，所述OLED控制芯片的IIC_SCL引脚还通过电阻R440连接电源端，所述OLED控制芯片的IIC_SDA引脚还通过电阻R439连接电源端。

优选的，所述Flash存储芯片型号为W25Q16BV，所述SDRAM存储芯片型号为IS42S16400J。

实施例3

本实施例与上述实施例的区别在于：本实施提供一种无人机多机控制系统。

如附图9所示，该无人机多机控制系统包括上述的无人机多机通信板卡，还包括多架无人机飞控和地面站；所述无人机多机通信板卡一端，通过串口与地面站连接，用于接收所述地面站发送的控制指令；所述无人机多机通信板卡另一端，与多架无人机飞控的通讯模块通讯互联，用于通过所述射频模块Ⅰ将接收到的控制指令转发至多架无人机飞控，以及通过所述射频模块Ⅱ接收多架无人机飞控传输的无人机数据。

工作时，所述无人机多机通信板卡通过串口与地面站连接，以接收所述地面站发送的控制指令；所述无人机多机通信板卡通过所述射频模块Ⅰ，将接收到的控制指令转发至多架无人机飞控；所述无人机多机通信板卡还通过所述射频模块Ⅱ接收多架无人机飞控传输的无人机数据，从而为构建多无人机系统提供通信技术支持；若需要多架无人机共同完成任务，该无人机多机控制系统可以通过一个地面站、无人机多机通信板卡与多架无人机飞控构成多无人机系统，大大降低投入人力成本。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种无人机多机通信板卡，其特征在于：包括主控制器、射频模块Ⅰ、射频模块Ⅱ和电源管理电路；

所述主控制器，连接地面站，用于接收所述地面站发送的控制指令；

所述射频模块Ⅰ，一端连接所述主控制器，另一端与无人机飞控的无线通信模块通讯互联，用于将所述控制指令转发至所述无人机飞控；

所述射频模块Ⅱ，一端连接所述主控制器，另一端与无人机飞控的无线通信模块通讯互联，用于接收无人机飞控传输的无人机数据，并传输至所述主控制器；

所述电源管理电路，分别连接所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ，用于为所述主控制器、所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ供电。

2.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：所述射频模块Ⅰ和所述射频模块Ⅱ均采用Xbee模块，所述无人机飞控的无线通信模块采用Xbee模块。

3.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：所述电源管理电路包括第一电压转换电路和第二电压转换电路；所述第一电压转换电路用于将36V直流电转换为5V直流电，第二电压转换电路用于将36V直流电转换为3.3V直流电。

4.根据权利要求3所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：第一电压转换电路和第二电压转换电路均采用DC-DC开关稳压器芯片，所述DC-DC开关稳压器芯片型号为AOZ1284PI。

5.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：还包括分别与所述主控制器连接的按键，所述按键设置起飞控制按键、返航控制按键和设置控制按键。

6.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：还包括与所述主控制器连接的信号强度指示电路，所述信号强度指示电路包括若干指示支路，每个指示支路的输入端连接所述主控制器的引脚；其中，每个指示支路的输入端通过一电阻连接发光二极管的阴极，所述发光二极管的阳极连接电源；所述发光二极管的阳极还通过一电容与接地端相连。

7.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：还包括与所述主控制器连接的OLED液晶显示电路。

8.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：还包括与所述主控制器连接的Flash存储芯片和SDRAM存储芯片。

9.根据权利要求1所述的无人机多机通信板卡，其特征在于：还包括与所述主控制器连接的USB接口和UART接口。

10.一种无人机多机控制系统，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的无人机多机通信板卡，还包括多架无人机飞控和地面站；

所述无人机多机通信板卡一端，通过串口与地面站连接，用于接收所述地面站发送的控制指令；

所述无人机多机通信板卡另一端，与多架无人机飞控的通讯模块通讯互联，用于通过所述射频模块Ⅰ将接收到的控制指令转发至多架无人机飞控，以及通过所述射频模块Ⅱ接收多架无人机飞控传输的无人机数据。

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