CN221138598U - 一种含有图传信号增程装置的无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种含有图传信号增程装置的无人机，针对现有技术中无人机天线的传输距离仍需提高的问题。该实用新型含有无人机和图传信号增程装置，图传信号增程装置和无人机之间无线通讯，图传信号增程装置含有遥控器、舵机、阻尼套管、舵机控制模块、舵机电源模块和定向平板天线，遥控器前侧通过舵机铰接定向平板天线的一侧，铰接处设有阻尼套管，舵机的电源输入端连接舵机电源模块的输出端，舵机的控制信号输入端连接舵机控制模块的控制信号输出端，舵机电源模块含有直流降压芯片JW5060T，舵机转动角度为0°‑90°，舵机型号为DS19。该技术增加无人机的工作应用范围，增强其工作效率。

Description

一种含有图传信号增程装置的无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，特别是涉及一种含有图传信号增程装置的无人机。

背景技术

随着无人机的普及，越来越多的行业开始逐渐使用无人机进行各种工作，而无人机因为本身性能的原因，飞行距离不够远，在加上周边建筑、树木等因素的影响，无人机的图传技术无法达到工作需求，因此无人机团传信号增程装置和图传智能分析装置便有了较为重要的作用，以达到满足无人机的发展需求。无人机图传信号是由发射功率和接收信号灵敏度决定的，在普通的无人机装置中，一般采用的都是2.4GHz或者5.8GH发射功率的信号发射器，图传信号的范围都是有限的，而无人机图传信号增程装置的安装则能够增强其信号覆盖范围。

随着无人机技术的愈加成熟，无人机在巡检方面有了更加频繁的应用，而无人机图传智能分析技术便是其进行此项工作的关键所在，其能够根据飞行中检测到的图像特征，来对图像进行识别分类，还可以根据无人机图传智能分析技术自动分别出人体等特征，从而对其进行标识，在根据工作需要进行一定的追踪或者其它方面的处理。无人机图传增强技术对于无人机的应用来说有着极其重要的作用，它不仅能够增加无人机的工作应用范围，还能够一定程度上增强其工作效率，在不同行业的无人机应用上，其均能够因此装置而发挥出较出色的作用，有利于推动无人机行业的快速发展，以达到满足更多用户需求的目的。

常见的无人机图传信号增程方式，无人机图传信号能够受到多方面因素的影响，不管是电磁干扰还是多云多雨天气都能够影响到无人机接收信号的灵敏度和信号传输中间的衰减功率，想要进行无人机图传信号增程，一方面可以依靠专业人员对无人机的发射功率和接收功率进行调整，另一方面比较重要的增程方法便是调整遥控器端天线和无人机端天线，但天线增程存在着较为明显的方向性，会出现信号传输不稳定的问题，主要原因有操作者手部的晃动和视线不佳而定向不准，因此天线增程应该在信号传输方向上进行优化。

申请号202022929233.3，申请日2020.12.09实用新型名称为“一种具备遥控距离增程的多旋翼无人机”的专利中记载“[0015]相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：通过设置遥控器可拆卸天线接口，由单一固定接口改为灵活可更换接口，便于加装高增益定向双频天线，同时在无人机和遥控器的内部均设置功率放大芯片，在信号发射始端增强信号，以便于将信号更好更强的传递到无人机，使无人机接收到的信号更加优越，从而增加无人机直线飞行距离，进而增加无人机的作业半径。”其并未考虑对“加装的高增益定向双频天线”的自动调向，仍需人工匹配天线和无人机的定向问题。另外其也没有针对可调向的定向双频天线进行防扭动保护，如果其在遥控过程中不小心被碰到或者跌落，定向双频天线会对舵机内部的减速部件造成干扰和伤害。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中无人机天线的传输距离仍需提高的问题，提供一种结构合理、传输高效可靠的含有图传信号增程装置的无人机。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的含有图传信号增程装置的无人机：含有无人机和图传信号增程装置，图传信号增程装置和无人机之间无线通讯，图传信号增程装置含有遥控器、舵机、阻尼套管、舵机控制模块、舵机电源模块和定向平板天线，遥控器前侧通过舵机铰接定向平板天线的一侧，铰接处设有阻尼套管，舵机的电源输入端连接舵机电源模块的输出端，舵机的控制信号输入端连接舵机控制模块的控制信号输出端，舵机电源模块含有直流降压芯片JW5060T，其SW端通过电容连接BST端，且通过滤波电路连接GND端，其VIN端通过滤波电路接地，且通过反接二极管后接入VCC，其FB端通过反馈电阻接地，其EN端通过电阻反接二极管后接入VCC。

优选地，所述阻尼套管为橡胶管或塑料管。

优选地，所述定向平板天线中的信号放大器的型号为BGA622LNA，其IN1接口接入定向平板天线，VCC4脚接入3.3V电源，GND2脚接入系统GND，OUT3脚接入无人机射频接口。

优选地，所述定向平板天线中的无线射频功放的射频放大芯片的型号为PMA3-14LN+，其中RF-in接入无人机遥控器射频发射接口，RFOUT接入双工合路器。

优选地，所述舵机控制模块中主控芯片的型号为GD32F407RET6，舵机控制模块的PB6和PB7管脚通过串口和无人机控制模块进行通讯，读取无人机传回的高度和距离信号后，通过公式α＝arctan(H/D)计算出无人机与遥控器所在水平面的夹角α，其中H为无人机相对于遥控器的高度，D为无人机相对于遥控器的距离D，主控芯片的PB1管脚连接舵机的管脚1，向其发送不同频率的PWM波对舵机进行角度调整，舵机的管脚2连接舵机电源模块的正极，管脚3连接舵机电源模块的负极。

优选地，所述舵机控制模块中GD32F407RET6的U0_TX、U0_RX管脚通过UART接口连接无人机控制模块，并通过无人机遥控器的电池供电。

优选地，所述舵机转动角度为β，其中0°≤β≤90°。

优选地，所述舵机的型号为DS1906。

与现有技术相比，本实用新型含有图传信号增程装置的无人机具有以下优点：

1、将传统的棒状天线改为定向平板天线，在无人机遥控器上设置舵机带动其翻转，根据无人机高度和距离的关系算出定向平板天线的俯仰角，同时此处的连接方式选为阻尼连接或柔性连接，避免定向平板天线在操作中无意碰到人、物体或者不小心跌落的情况下损坏舵机。

2、采用低噪声放大器BGA622LNA器件和PMA3-14LN+射频放大芯片，使无人机发射功率在20dbm的基础上此电路可实现13dbm的功率增加，使无人机遥控器的信号发射功率由100wm转变为2000mw。

3、地面遥控器通过读取无人机的高度和距离，计算出舵机工作角度的控制命令，舵机控制模块接收命令后，向舵机发送不同占空比的PWM信号，从而实时控制舵机达到不同的控制角度。

4、无人机图传增强技术对于无人机的应用来说有着极其重要的作用，它不仅能够增加无人机的工作应用范围，还能够一定程度上增强其工作效率，在不同行业的无人机应用上，其均能够因此装置而发挥出较出色的作用，有利于推动无人机行业的快速发展，以达到满足更多用户需求的目的。

附图说明

图1是本实用新型的工作场景示意图；

图2是本实用新型中图传信号增程装置的立体结构示意图；

图3是本实用新型中图传信号增程装置的侧视结构示意图；

图4是本实用新型中图传信号增程装置的俯视的结构示意图；

图5是本实用新型图4中标号A部分的结构示意图；

图6是本实用新型中信号收发部分的原理图；

图7是本实用新型中低噪声放大器部分的结构示意图；

图8是本实用新型中无线射频功放部分的结构示意图；

图9是本实用新型中舵机控制模块的结构示意图；

图10是本实用新型中舵机电源模块的结构示意图；

图11是本实用新型中舵机控制接口的结构示意图；

图12是本实用新型中UART接口的结构示意图。

附图说明中标号1是无人机，2是图传信号增程装置。

2-1是遥控器，2-2是舵机，2-3是定向平板天线，2-4是阻尼套管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型含有图传信号增程装置2的无人机1作进一步说明：如图所示，本实施例中含有无人机1和图传信号增程装置2，图传信号增程装置2和无人机1之间无线通讯，图传信号增程装置2含有遥控器2-1、舵机2-2、阻尼套管2-4、舵机2-2控制模块、舵机2-2电源模块和定向平板天线2-3，遥控器2-1前侧通过舵机2-2铰接定向平板天线2-3的一侧，铰接处设有阻尼套管2-4，舵机2-2的电源输入端连接舵机2-2电源模块的输出端，舵机2-2的控制信号输入端连接舵机2-2控制模块的控制信号输出端，舵机2-2电源模块含有直流降压芯片JW5060T，其SW端通过电容连接BST端，且通过滤波电路连接GND端，其VIN端通过滤波电路接地，且通过反接二极管后接入VCC，其FB端通过反馈电阻接地，其EN端通过电阻反接二极管后接入VCC。

在无人机1遥控器2-1上外挂定向平板天线2-3进行图传信号增强的方案，总计分为三个部分。第一部分是无人机1定向平板天线2-3的改装，第二部分是射频信号，放大电路与低噪放的电路，第三部分是一种伺服机构可以控制无人机1定向平板天线2-3实时角度的调整。

第一部分，传统的无人机1考虑到便携性与设备的整体性，一般采用棒状天线，此天线的特点是体积小巧，都是对无线信号特定频点增益有限。本方案采用定向平板天线2-3对其进行改造，将无人机1遥控器2-1上原有的棒状天线进行拆除并进行换装，同时考虑到其和遥控器2-1之间是通过舵机2-2实现活动连接的情况，如果定向平板天线2-3在操作中无意碰到人、物体或者不小心跌落的情况下，连接处不适合硬连接或者紧密连接，那样会对舵机2-2内部结构造成较大的外力干扰，有可能损坏内部减速机构，因此此处的连接方式优选为阻尼连接或柔性连接。

电路设计部分，采用BGA622为低噪声放大器，其为噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此就希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。LNA部分采用英飞凌BGA622LNA器件可实现0-6GHz频段内的接收信号放大，其中in1接口接入定向平板天线2-3接入射频信号，vcc4脚接入3.3V电源，gnd2脚接入系统GND，out3脚接入无人机1射频接口。

无线射频功放：射频功放部分选用Mini-Circuits的PMA3-14LN+射频放大芯片可实现0-8GHz内的射频信号放大。其中RF-in接入无人机1遥控器2-1射频发射接口，RF-OUT接入双工合路器，在无人机1发射功率在20dbm的基础上此电路可实现13dbm的功率增加，使无人机1遥控器2-1的信号发射功率由100wm转变为2000mw。

所述舵机2-2控制模块中主控芯片的型号为GD32F407RET6，舵机2-2控制模块的PB6和PB7管脚通过串口和无人机1控制模块进行通讯，读取无人机1传回的高度和距离信号后，通过公式α＝arctan(H/D)计算出无人机1与遥控器2-1所在水平面的夹角α，其中H为无人机1相对于遥控器2-1的高度，D为无人机1相对于遥控器2-1的距离D，主控芯片的PB1管脚连接舵机2-2的管脚1，向其发送不同频率的PWM波对舵机2-2进行角度调整，舵机2-2的管脚2连接舵机2-2电源模块的正极，管脚3连接舵机2-2电源模块的负极。

所述舵机2-2控制模块中GD32F407RET6的U0_TX、U0_RX管脚通过UART接口连接无人机1控制模块，并通过无人机1遥控器2-1的电池供电。

第三部分，由于改装后的无人机1定向平板天线2-3具有指向性。无人机1飞行中不同的角度位置对定向平板天线2-3的接收度能力也有不同。因此在无人机1飞行过程中，要不断地去调整定向平板天线2-3的角度，来提高无人机1信号接收能力。通过具有伺服驱动的图传信号增程装置2可以根据无人机1飞行的坐标与遥控器2-1坐标进行实时解算，计算出无人机1相对于操作人员的俯仰角。通过内置主控芯片发送角度指令来控制伺服机构内舵机2-2的转动，最终控制无人机1定向平板天线2-3的俯仰角。通过无人机1遥控器2-1上的系统接口可以访问到无人机1的多种飞行信息，通过调用无人机1API接口可以获取到gps坐标、飞行时间、无人机1飞行姿态、飞行高度、电量信息、飞行距离等信息。根据公式α＝arctan(H/D)可计算出无人机1与遥控器2-1的水平方向的夹角，如无人机1相对于起飞点距离D为1000m飞行高度H为1000m，可求得夹角为45度。通过无人机1遥控器2-1的API接口将求得的角度α写入舵机2-2，舵机2-2再带动定向平板天线2-3旋转，将其最佳增益方向对准无人机1，此时操作者将遥控器2-1保持水平放置，以获得最佳的无线射频收发效果。

地面遥控器2-1通过读取无人机1的高度和距离，计算出舵机2-2工作角度的控制命令，舵机2-2控制模块接收命令后，通过其PB1管脚向舵机2-2发送不同占空比的PWM信号，从而控制舵机2-2达到不同的控制角度。从而带动定向平板天线2-3相对于遥控器2-1转动并保持到不同的角度，定向平板天线2-3的转动角度范围为β，根据所选的舵机2-2的种类不同，其中0°≤β≤180°。本次采用的舵机2-2转动角度为β，其中0°≤β≤90°。舵机2-2的型号为DS1906。

工作时，打开遥控器2-1和定向平板天线2-3的储存箱，将定向平板天线2-3相对遥控器2-1所在的平面保持水平放置，此时开启遥控器2-1，定向平板天线2-3在遥控器2-1每次开机后都进行自检，自检后达到水平状态。然后无人机1慢慢启动上升，前期信号强度比较充足的时候定向平板天线2-3的翻转角度不怎么影响无人机1的图传工作，等到无人机1上升的较高或较远的时候，比如300米开外传输距离的时候，操作者手中的遥控器2-1才会充分发挥其定向传播高增益图传信号的作用，等无人机1返回到近距离时，操作者手中的遥控器2-1对定向平板天线2-3的实际调整并不受距离影响，都能满足图传信号的强度，直到无人机1落地后停机，此时收回无人机1和遥控器2-1。

当无人机1垂直位于操作者正上方90度时，定向平板天线2-3自动保持为水平状态，当无人机1倾斜位于操作者正前方30度时，定向平板天线2-3自动保持和竖直方向的下半部为30度，方便此时定向平板天线2-3将图传信号传输给无人机1。

当芯片GD32F407RET6输出不同占空比的PWM波，舵机2-2上会得到不同的驱动信号，从而达到不同的工作角度，比如占空比为5％时，舵机2-2的转动角度为0度，占空比为1-3毫秒，周期是20毫秒，比如占空比为7.5％时，舵机2-2的转动角度为45度；比如占空比为10％时，舵机2-2的转动角度为90度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：含有无人机和图传信号增程装置，图传信号增程装置和无人机之间无线通讯，图传信号增程装置含有遥控器、舵机、阻尼套管、舵机控制模块、舵机电源模块和定向平板天线，遥控器前侧通过舵机铰接定向平板天线的一侧，铰接处设有阻尼套管，舵机的电源输入端连接舵机电源模块的输出端，舵机的控制信号输入端连接舵机控制模块的控制信号输出端，舵机电源模块含有直流降压芯片JW5060T，其SW端通过电容连接BST端，且通过滤波电路连接GND端，其VIN端通过滤波电路接地，且通过反接二极管后接入VCC，其FB端通过反馈电阻接地，其EN端通过电阻反接二极管后接入VCC。

2.根据权利要求1所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述阻尼套管为橡胶管或塑料管。

3.根据权利要求1所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述定向平板天线中的信号放大器的型号为BGA622LNA，其IN1接口接入定向平板天线，VCC4脚接入3.3V电源，GND2脚接入系统GND，OUT3脚接入无人机射频接口。

4.根据权利要求1所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述定向平板天线中的无线射频功放的射频放大芯片的型号为PMA3-14LN+，其中RF-in接入无人机遥控器射频发射接口，RFOUT接入双工合路器。

5.根据权利要求1所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述舵机控制模块中主控芯片的型号为GD32F407RET6，舵机控制模块的PB6和PB7管脚通过串口和无人机控制模块进行通讯，读取无人机传回的高度和距离信号后，通过公式α＝arctan(H/D)计算出无人机与遥控器所在水平面的夹角α，其中H为无人机相对于遥控器的高度，D为无人机相对于遥控器的距离D，主控芯片的PB1管脚连接舵机的管脚1，向其发送不同频率的PWM波对舵机进行角度调整，舵机的管脚2连接舵机电源模块的正极，管脚3连接舵机电源模块的负极。

6.根据权利要求5所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述舵机控制模块中GD32F407RET6的U0_TX、U0_RX管脚通过UART接口连接无人机控制模块，并通过无人机遥控器的电池供电。

7.根据权利要求1所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述舵机转动角度为β，其中0°≤β≤90°。

8.根据权利要求1所述的含有图传信号增程装置的无人机，其特征在于：所述舵机的型号为DS1906。