CN211669358U

CN211669358U - 基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置及传输系统

Info

Publication number: CN211669358U
Application number: CN202020132587.2U
Authority: CN
Inventors: 黄磊; 袁伟健; 赵博; 谢晓宇; 潘天伦; 易程博; 侯万幸
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-10-13
Anticipated expiration: 2030-01-20

Abstract

一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置及系统，其包括：控制组件、第一串口通信组件、Lora组件以及第二串口通信组件；控制组件设于无人机的雷达系统中，被配置为接收与无人机关联的运行参数，并根据运行参数得到毫米波雷达信号；第一串口通信组件接收毫米波雷达信号；在配置LoRa通信参数后，LoRa组件对毫米波雷达信号进行无线传输；第二串口通信组件将毫米波雷达信号传输至移动终端；本实施例实现了数据的LoRa传输，无人机与移动终端之间实现远距离的通信实时性。

Description

基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置及传输系统

技术领域

本申请属于通信技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置及基于LoRa的无人机载雷达数据传输系统。

背景技术

目前，无人机已经成为了目前普遍适用的电子设备，当无人机在飞行过程中，无人机需要与外部设备进行交互通信；以往，在无人机与外部设备之间进行通信时常使用串口、网线等有线传输介质，这种基于有线传输的数据通信技术通常会比较稳定，但不能实现正在空中飞行的无人机和地面终端设备的通信；这种数据的有线传输方式无法普遍适用，并限制了无人机的飞行范围；同时传统技术还采用安全数码卡的存储方式，将无人机的原始数据存储在系统外扩的安全数码卡中，测试完毕后再将安全数码卡中的数据读取出来，这种外接安全数码卡的数据存储方式存在数据读取延时、实时性较低的问题，不便对无人机的飞行状态进行实时监控。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置及基于LoRa的无人机载雷达数据传输系统，旨在解决传统中无人机与外部设备之间无法进行实时通信及数据无线传输的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置，所述无人机载雷达数据传输装置连接于所述无人机与移动终端之间，所述无人机载雷达数据传输装置包括：

设于所述无人机的雷达系统中，被配置为接收与所述无人机关联的运行参数，并根据所述运行参数得到毫米波雷达信号的控制组件；

与所述控制组件连接，被配置为接收所述毫米波雷达信号的第一串口通信组件；

与所述第一串口通信组件连接，被配置为在配置LoRa通信参数后，对所述毫米波雷达信号进行无线传输的LoRa组件；以及

与所述LoRa组件及所述移动终端连接，被配置为将所述毫米波雷达信号传输至所述移动终端的第二串口通信组件。

在其中的一个实施例中，所述控制组件包括：

控制芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第一发光二极管以及第一晶振；

所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端共接于第一直流电源，所述第一电阻的第二端和所述第一开关的第一输入输出端共接于所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端和所述第一发光二极管的阳极共接于所述控制芯片的电源输入管脚，所述第一发光二极管的阴极接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端和所述第一开关的第二输入输出端共接于地；

所述第二电容的第一端和所述第二开关的第一输入输出端共接于所述第二电阻的第二端，所述第二电容的第二端、所述第二开关的第二输入输出端以及所述控制芯片的接地管脚共接于地；

所述控制芯片的参数输入管脚用于接入所述运行参数；

所述控制芯片的信号输出管脚接所述第一串口通信组件；

所述控制芯片的振荡信号输入管脚接所述第四电阻的第一端，所述控制芯片的振荡信号输出管脚接所述第五电阻的第一端，所述第四电阻的第二端和所述第一晶振的第一端共接于所述第三电容的第一端，所述第三电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端和所述第一晶振的第二端共接于所述第四电容的第一端，所述第三电容的第二端接地，所述第四电容的第二端接地。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述LoRa组件连接，被配置为生成参数配置信号的参数配置组件；

所述LoRa组件用于根据所述参数配置信号配置LoRa通信参数。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述LoRa组件连接，被配置为对所述LoRa组件供电的第一电源组件。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述第二串口通信组件连接，被配置为生成驱动信号的信号接入组件；

所述第二串口通信组件用于根据所述驱动信号将所述毫米波雷达信号传输至所述移动终端。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述LoRa组件连接，被配置为对所述毫米波雷达信号进进行存储的存储组件。

在其中的一个实施例中，所述LoRa通信参数包括：波特率、奇偶校验位、空中速率、发射功率、传输方式、模块地址以及频率信道。

在其中的一个实施例中，还包括：

与所述控制组件连接，被配置为对所述控制组件供电的第二电源组件。

在其中的一个实施例中，所述第二电源组件包括：

稳压芯片、第一二极管、第二二极管、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容以及第九电容；

所述第一二极管的阳极接第二直流电源，所述第二二极管的阳极接第三直流电源，所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阴极、所述第五电容的第一端以及所述第六电容的第一端共接于所述稳压芯片的电源输入管脚；

所述稳压芯片的电源输出管脚、所述第八电容的第一端以及所述第九电容的第一端共接于所述控制组件，所述稳压芯片的旁通电源管脚接所述第七电容的第一端，所述第五电容的第二端、所述第六电容的第二端、所述第七电容的第二端、所述第八电容的第二端、所述第九电容的第二端以及所述稳压芯片的接地管脚共接于地。

本申请实施例的第二方面提了一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输系统，包括：无人机、移动终端及如上所述的无人机载雷达数据传输装置；所述无人机载雷达数据传输装置连接于所述无人机与所述移动终端之间。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置通过LoRa组件能够对毫米波雷达信号进行无线传输，移动终端能够实时获取无人机在飞行过程中关联的运行参数，以便对无人机的飞行状态进行分析和处理；本实施例实现了无人机与移动终端之间的LoRa通信形式，降低了毫米波雷达信号的无线传输成本，并对运行参数进行远距离数据传输。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的基于LoRa的无人机载雷达数据传输系统的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的控制组件的电路结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置的另一种结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的第二电源组件的电路结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的LoRa组件的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

需要首先说明的是，随着无线通信技术的快速发展，出现了组成局域网的无线通信方式，如2.4GHz的WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)、蓝牙、Zigbee等，这些无线传输方式的优缺点非常明显；也出现了可以组成广域网的如2G/3G/4G,甚至5G通信方式；在低功耗广域网(Low Power Wide Area Network，LPWAN)产生之前，若要进行无线通信，远距离通信和低功耗两者之间只能二选一；当采用LPWAN后，可以做到两者都兼备，最大程度实现更长距离通信与更低功耗，同时还可以节省额外的中继器成本；其中LoRa是低功耗局域网无线传输方式，LoRa是LPWAN通信方式中的一种，具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特征；基于此本申请实施例LoRa无线通信方式，以实现无人机与移动终端之间的数据传输和通信。

图1示出了本实施例提供的基于LoRa的无人机载雷达数据传输系统100的结构示意，其中，无人机载雷达数据传输系统100包括：无人机20、移动终端30及基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置10；无人机载雷达数据传输装置10连接于无人机20与移动终端30之间；无人机载雷达数据传输装置10用于将与无人机20关联的运行参数以LoRa无线传输方式输出至移动终端30，以使移动终端30能够远距离获取无人机20的飞行状态，比如，通过移动终端30能够可视化显示与无人机20关联的运行参数，用户能够实时监控无人机的飞行高度、飞行速度等信息。

可选的，移动终端30为手机或者计算机。

需要说明的是，图1中的无人机载雷达数据传输系统100作为无人机载雷达数据传输装置10的应用框架，无人机载雷达数据传输装置10实现了无人机20与移动终端30之间的通信，降低了运行参数的传输成本，无人机载雷达数据传输系统100具有更高的通信兼容性；下面结合具体的实施例来说明无人机载雷达数据传输装置10的具体实施方式，图2示出了本申请较佳实施例提供的无人机载雷达数据传输装置10的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

上述无人机载雷达数据传输装置10包括：控制组件101、第一串口通信组件102、LoRa组件103以及第二串口通信组件104。

控制组件101设于无人机20的雷达系统中，被配置为接收与无人机20关联的运行参数，并根据运行参数得到毫米波雷达信号。

可选的，运行参数包括：无人机的飞行高度，无人机的飞行速度、地面行人的位置、地面车辆的位置、地面行人的速度、地面车辆的速度，地面物体的形状等；通过控制组件101能够实时采集无人机20的实际飞行状态，控制组件101对运行参数进行数据形式转换后得到毫米波雷达信号，根据毫米波雷达信号包括无人机20的飞行信息。

具体的，控制组件101根据运行参数得到处于预设频率范围的毫米波雷达信号，示例性的，预设频率范围为：30GHz～300GHz；毫米波雷达信号属于毫米波，其中毫米波是指波长在毫米数量级的电磁波，毫米波具有高带宽、波束窄、衰减下等优点，毫米波在通信、雷达、遥感和射电天文等领域都有大量的应用。

示例性的，控制组件101设于无人机20的雷达系统中，控制组件101通过毫米波雷达获取与无人机20关联的运行参数；示例性的，毫米波雷达是指工作在毫米波频段的雷达，其中工作在毫米波频段的雷达的主要特征如下：

1)频带宽，适用于各种宽带信号处理；

2)天线尺寸小，波束窄，方向性好，空间分辨力高，跟踪精度较高；

3)多普勒效应明显，具有良好的多普勒分辨力，测速精度较高；

4)地面杂波和多径效应影响小，低空跟踪性能好；

5)毫米波散射特性对目标形状的细节敏感，因而可提高多目标分辨对目标识别的能力与成像质量；

6)抗干扰性能强，敌方在电子对抗中难以截获；

7)具有穿透烟、灰尘和雾的能力，可全天候工作。

本实施例通过控制组件101可防止运行参数在传输过程中出现减损。

第一串口通信组件102与控制组件101连接，被配置为接收无人机输出的毫米波雷达信号。

示例性的，第一串口通信组件102包括UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口；第一串口通信组件102与控制组件101有线连接或者无线连接，通过第一串口通信组件102能够对毫米波雷达信号进行传输。

LoRa组件103与第一串口通信组件102连接，被配置为在配置LoRa通信参数后，对毫米波雷达信号进行无线传输。

其中LoRa组件103能够实现LoRa无线传输功能，保障了毫米波雷达信号的远距离通信功能；具体的，通过对LoRa组件103的通信参数进行配置后，LoRa组件103处于信号传输模式，LoRa组件103对毫米波雷达信号进行高效的无线传输。

第二串口通信组件104与LoRa组件103及移动终端20连接，被配置为将毫米波雷达信号传输至移动终端20。

具体的，第二串口通信组件104能够实现毫米波雷达信号的高效传输，以便于移动终端20能够兼容识别毫米波雷达信号。

作为一种可选的实施方式，图3示出了本实施例提供的控制组件101的电路结构示意，请参阅图3，控制组件101包括：控制芯片U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一开关K1、第二开关K2、第一发光二极管LD1以及第一晶振Y1。

第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端共接于第一直流电源，可选的，第一直流电源为3.3V直流电源；第一电阻R1的第二端和第一开关K1的第一输入输出端共接于第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端和第一发光二极管LD1的阳极共接于控制芯片U1的电源输入管脚P1.0，第一发光二极管LD1的阴极接第一电容C1的第一端，第一电容C1的第二端和第一开关K1的第二输入输出端共接于地GND。

第二电容C2的第一端和第二开关K2的第一输入输出端共接于第二电阻R2的第二端，第二电容C2的第二端、第二开关K2的第二输入输出端以及控制芯片U1的接地管脚P1.1共接于地GND。

控制芯片U1的参数输入管脚P2.2用于接入运行参数。

控制芯片U1的信号输出管脚接第一串口通信组件102；如图3所示，控制芯片U1的信号输出管脚包括：P2.0和P2.1。

控制芯片U1的振荡信号输入管脚P2.5接第四电阻R4的第一端，控制芯片U1的振荡信号输出管脚P2.6接第五电阻R5的第一端，第四电阻R4的第二端和第一晶振Y1的第一端共接于第三电容C3的第一端，第三电容C3的第二端接地GND，第五电阻R5的第二端和第一晶振Y1的第二端共接于第四电容C4的第一端，第三电容C3的第二端接地GND，第四电容C4的第二端接地GND；通过第一晶振Y1为控制芯片U1提供振荡频率。

示例性的，控制芯片U1的芯片型号为：STM32F446RE；通过控制第一开关K1和第二开关K2分别导通或者关断，以改变控制芯片U1的工作模式；当控制芯片U1处于参数转换模式时，通过控制芯片U1能够对运行参数进行转换。

作为一种可选的实施方式，图4示出了本申请较佳实施例提供的无人机载雷达数据传输装置10的另一种结构示意图，相比于图2中无人机载雷达数据传输装置10的结构示意，图4中的无人机载雷达数据传输装置10还包括：参数配置组件105，参数配置组件105与LoRa组件103连接，被配置为生成参数配置信号。

LoRa组件103用于根据参数配置信号配置LoRa通信参数。

通过参数配置组件105能够配置LoRa组件103的LoRa通信参数，以使LoRa组件103实现LoRa无线传输功能；可选的，参数配置组件105根据用户输出的按键信号生成参数配置信号，用户可直接控制LoRa组件103的数据传输过程。

具体的，通过配置LoRa组件103的LoRa通信参数，可改变LoRa组件103的通信模式；可选的，LoRa通信参数包括：波特率、奇偶校验位、空中速率、发射功率、传输方式、模块地址以及频率信道；比如根据述参数配置信号能够配置LoRa组件103的接收速率和发送速率都保持一致，又比如根据参数配置信号能够配置LoRa组件103的发送和接收两端的波特率都保持一致；再比如，根据参数配置信号能够配置LoRa组件103的发送和接收两端的频率信道保持一致；示例性，各项LoRa通信参数被配置成如下形式：

波特率：115200Bd，奇偶校验位：8N1，空中速率：1Mpbs，发射功率：12dbm，传输方式：透传，模块地址：0000，频率信道：30。

当LoRa组件103的LoRa通信参数配置完成后，可将毫米波雷达信号以LoRa无线传输形式进行输出。

作为一种可选的实施方式，请参阅图4，无人机载雷达数据传输装置10还包括第一电源组件106，第一电源组件106与LoRa组件103连接，被配置为对LoRa组件103供电。

可选的，第一电源组件106对电源信号进行转换后，并将转换后的电源信号输出至LoRa组件103，以使LoRa组件103能够以额定功率上电，LoRa组件103具有更高的数据无线传输稳定性；示例性的，电源信号来源于无人机20的系统电源、移动终端的系统电源或者外部电源设备，比如外部电源设备为：电池、市电等；本实施例通过第一电源组件106可直接从无人机20或者移动终端30进行取电，并且向LoRa组件103供电，简化了LoRa组件103的供电步骤。

作为一种可选的实施方式，请参阅图4，无人机载雷达数据传输装置10还包括：信号接入组件107，信号接入组件107与第二串口通信组件104连接，被配置为生成驱动信号。

具体的，信号接入组件107根据开关信号生成驱动信号，开关信号来源于用户或者电子设备。

第二串口通信组件104用于根据驱动信号将毫米波雷达信号传输至移动终端30。

具体的，通过驱动信号能够驱动第二串口通信组件104进入信号传输状态；仅当第二串口通信组件104接收到驱动信号时，才将毫米波雷达信号传输至移动终端30；当第二串口通信组件104未接收到驱动信号时，第二串口通信组件104无法将毫米波雷达信号传输至移动终端30；通过信号接入组件107能够控制第二串口通信组件104的信号传输状态，无人机20与移动终端30之间的LoRa信号传输过程具有更高的控制灵活性。

作为一种可选的实施方式，请参阅图4，无人机载雷达数据传输装置10还包括：存储组件108，存储组件108与LoRa组件103连接，被配置为对毫米波雷达信号进进行存储。

可选的，存储组件108包括RAM(Random Access Memory，RAM)或者ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)；通过存储组件108能够对与无人机30关联的数据进行安全存储，防止毫米波雷达信号在LoRa无线传输过程中出现数据丢失。

作为一种可选的实施方式，请参阅图4，无人机载雷达数据传输装置10还包括第二电源组件109，第二电源组件109与控制组件101连接，被配置为对控制组件101供电。

具体的，第二电源组件109检测控制组件101的额定电压，通过第二电源组件109能够保障控制组件101的上电安全性。

作为一种可选的实施方式，图5示出了本实施例提供的第二电源组件109的电路结构示意，请参阅图5，第二电源组件109包括：稳压芯片U2、第一二极管D1、第二二极管D2、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8以及第九电容C9。

第一二极管D1的阳极接第二直流电源，第二二极管D2的阳极接第三直流电源，可选的，第二直流电源为5V直流电源，第三直流电源为5V直流电源；第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、第五电容C5的第一端以及第六电容C6的第一端共接于稳压芯片U2的电源输入管脚；如图5所示，稳压芯片U2的电源输入管脚包括：Vin和INH。

稳压芯片U2的电源输出管脚Vout、第八电容C8的第一端以及第九电容C9的第一端共接于控制组件101，稳压芯片U2的旁通电源管脚BYPASS接第七电容C7的第一端，稳压芯片U2通过旁通电源管脚BYPASS保持内部电压的稳定性；第五电容C5的第二端、第六电容C6的第二端、第七电容C7的第二端、第八电容C8的第二端、第九电容C9的第二端以及稳压芯片U2的接地管脚共接于地GND。

示例性的，稳压芯片U2的型号为：LM78系列或者LM15系列；通过稳压芯片U1向控制组件101提供稳定的电压。

作为一种可选的实施方式，图6示出了本实施例提供的LoRa组件103的电路结构示意，请参阅图6，LoRa组件103包括：LoRa芯片U3以及第六电阻R6；LoRa芯片U3的电源输入管脚M2接第六电阻R6的第一端，第六电阻R6的第二端接第四直流电源，可选的，第四直流电源为1V～10V直流电源。

LoRa芯片U3的信号输入管脚接第一串口通信组件102，LoRa芯片U3的信号输入管脚接第一串口通信组件102，具体的，LoRa芯片U3的信号输入管脚与第一串口通信组件102无线连接，如图6所示，LoRa芯片U3的信号输入管脚包括：RXD和TXD。

LoRa芯片U3的信号输出管脚与第二串口通信组件104无线连接。

可选的，LoRa芯片U3的型号为：SX1278、SX1277、SX1279或者SX1280，通过LoRa芯片U3实现了毫米波雷达信号的LoRa无线传输功能；示例性的，LoRa芯片U3的型号为：SX1280，LoRa芯片U3工作在2.4GHz频段，发射功率为12.5dBm，最大传输距离为3000m，最高空中速率可达2Mbps,最高可支持115200Bd波特率高速连传，兼容3.3V与5V的输入输出电压。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输装置，所述无人机载雷达数据传输装置连接于所述无人机与移动终端之间，其特征在于，所述无人机载雷达数据传输装置包括：

2.根据权利要求1所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，所述控制组件包括：

所述控制芯片的参数输入管脚用于接入所述运行参数；

所述控制芯片的信号输出管脚接所述第一串口通信组件；

3.根据权利要求1所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，还包括：

所述LoRa组件用于根据所述参数配置信号配置LoRa通信参数。

4.根据权利要求1所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求1所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求3所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，所述LoRa通信参数包括：波特率、奇偶校验位、空中速率、发射功率、传输方式、模块地址以及频率信道。

8.根据权利要求1所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求8所述的无人机载雷达数据传输装置，其特征在于，所述第二电源组件包括：

10.一种基于LoRa的无人机载雷达数据传输系统，其特征在于，包括：无人机、移动终端及如权利要求1-9任一项所述的无人机载雷达数据传输装置；所述无人机载雷达数据传输装置连接于所述无人机与所述移动终端之间。