多旋翼無人機通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)研究

張洪健　高凱　黃義波　孫梓航　張益

摘要：通信系統(tǒng)是多旋翼無人機系統(tǒng)當中一個十分重要的組成部分，通信系統(tǒng)在性能方面的逐漸完善對無人機各項性能的提高具有非常大的作用。本文為了實現(xiàn)多旋翼無人機跟地面站之間的可靠穩(wěn)定無線通信，設(shè)計出一種針對多旋翼無人機系統(tǒng)的點對點通信系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：多旋翼無人機；通信系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

1 通信系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案

無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。地面站在利用點對點模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送的過程當中，點對點模塊模塊Hc06對數(shù)據(jù)加以接收，同時經(jīng)由串口傳輸至發(fā)送模塊當中的單片機中，然后把數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)傳芯片Si4432實施編碼，繼而以一種特定格式進行發(fā)送。而在接收模塊收到了信號之后，針對射頻信號加以行放大以及解調(diào)，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到C8051F930單片機當中加以處理，最終利用串口傳輸?shù)蕉嘈頇C載平臺之上。在機載平臺對數(shù)據(jù)加以發(fā)送的時候，利用上文所說的通信鏈路逆向傳導(dǎo)也能讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲尽?/p>

1.2 對系統(tǒng)硬件的選擇

本文選擇的數(shù)傳模塊是無線數(shù)傳芯片Si4432，有頻段較多、功耗較低以及集成度較高之類的特點。該芯片輸出的功率能夠達到+20 d Bm，而接收的靈敏度也能達到121 d Bm。為實現(xiàn)設(shè)計風險的降低，以及開發(fā)進程的加快，選擇點對點模塊模塊應(yīng)用我國匯承科技的Hc06模塊，該模塊利用了BC417 點對點模塊芯片，同時應(yīng)用的V2.0協(xié)議標準。電壓是3.33.6V，尺寸是27 mm*13 mm*2 mm，電流不超過50毫安。

2 軟件和硬件的設(shè)計

在對軟件加以設(shè)計的時候，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換方面我們碰到了轉(zhuǎn)換失敗的情況，主要是因為數(shù)傳Si4432在狀態(tài)轉(zhuǎn)換只前應(yīng)該進入掛起狀態(tài)之后等待15ms。在進行通信之前一定要先對點對點模塊Hc06波特率加以設(shè)置，繼而讓它跟數(shù)傳Si4432保持一致。

2.1 硬件

①對于整個PCB板都要覆地銅，從而降低輻射。Si4432芯片中的外圍元件應(yīng)該應(yīng)用體積比較小的0402封裝貼片器件。電感是當中最為關(guān)鍵的一個部分，要選擇精度更高的電感。②數(shù)傳Si4432芯片的扼流電感LC要盡可能貼近Tx引腳。繼而并聯(lián)在RX_N以及RX_P上的電感LR要跟LC實現(xiàn)垂直形式的布局。Tx通道上面的電感 LM、LH以及LO 要確?；ハ啻怪保瑥亩越档婉詈?。而且PCB板上面其它的走線也要避開Tx/Rx區(qū)域，以防形成耦合效應(yīng)。③為使濾波性呈現(xiàn)得更好，濾波電容要盡可能跟管腳貼近。在電源的接入端應(yīng)該增加去耦電容，同時與Si4432芯片靠近。

2.2 軟件

①在對數(shù)傳Si4432進行初始化的時候，要先對空閑狀態(tài)加以設(shè)置。②數(shù)傳 Si4432能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)送跟接收的轉(zhuǎn)換，不過在轉(zhuǎn)換以前應(yīng)該進入掛起狀態(tài)，大于 15ms以后進入發(fā)送（接收）的狀態(tài)。③數(shù)傳Si4432當處在低功耗的模式之下的同步字檢測發(fā)生中斷，就非常容易被一些其它的無線電波所干擾，繼而觸發(fā)，所以設(shè)置同步字應(yīng)該是34位，而且打開檢測超時，PRABL的設(shè)置是20位。④對C8051F930單片機進行了初始化以后，在應(yīng)用UART口發(fā)送AT指令給Hc06模塊，

從而對波特率加以修改至跟Si4432相同，本文所設(shè)計的系統(tǒng)默認設(shè)置是115 200 bps。下圖為軟件設(shè)計的流程圖。

3 系統(tǒng)的測試以及分析

為了對通信系統(tǒng)設(shè)計所具備的可靠性加以驗證，進行六組通信實驗?？諘绲氐耐ㄐ啪嚯x大概是一千五百米的時候，六組各自工作430MHz、431MHz以及432MHz等六個中心頻率之上，而帶寬選擇常用的串口通信頻率，對三千個數(shù)據(jù)包加以發(fā)送，結(jié)果如圖三所示。

4 結(jié)語

經(jīng)分析得知，在系統(tǒng)傳輸速率比較低的時候誤碼率是0。在傳輸速率比 115 200 bps大的時候，則具有一定誤碼率，但是比較低。所以說本文所提及的無線通信系統(tǒng)的傳輸距離能夠達到1.5千米以上，而且出現(xiàn)的誤碼率也比較低，可以應(yīng)用在多旋翼機的載平臺跟地面站之間的通信上。

參考文獻：

[1]施洪平，李志宇，徐義華.基于點對點模塊和數(shù)傳模塊的小型四旋翼無人機通信系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2016，（17）：8184+89.