數據通信裝置、方法及無人機與流程
2023-05-12 15:03:06 4
本發明涉及數據通信領域，具體而言，涉及一種數據通信裝置、方法及無人機。
背景技術：
目前在雲臺和電子穩像共同應用時，一般雲臺控制系統獨立於飛控系統，二者具有獨立的處理器、，且二者共用姿態傳感器、數據。在飛控處理器與姿態傳感器進行數據通信後，再將姿態傳感器的數據傳輸給雲臺控制系統進行處理，飛控使用姿態傳感器的數據進行電子穩像的處理，雲臺使用姿態傳感器的數據進行雲臺的增穩控制，二者共用同一個姿態傳感器的數據。
因為飛控處理器讀取到姿態傳感器的數據，並通過串口或其他通信協議將數據傳輸給雲臺控制系統，所以雲臺控制系統獲取的數據存在一定的延時情況，而這個延時使得雲臺增穩控制處於滯後狀態，雲臺控制系統存在本質的問題，不具有實時性。
因此，如何實現搭載雲臺的無人機中各個控制系統獲取數據的實時性，是目前急需解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種數據通信裝置、方法及無人機，以改善上述問題。
為了解決上述技術問題，本發明的實施例提供以下技術方案：
第一方面，本發明實施例提供一種數據通信裝置，所述裝置包括：飛控模塊、雲臺控制模塊以及傳感器模塊，所述飛控模塊分別與所述傳感器模塊、所述雲臺控制模塊耦合，所述傳感器模塊與所述雲臺控制模塊耦合；所述傳感器模塊，用於獲取雲臺攝像頭的角度姿態信號；所述飛控模塊，用於向所述傳感器模塊以及所述雲臺控制模塊輸出片選信號；所述雲臺控制模塊，用於根據所述片選信號將所述雲臺控制模塊的工作狀態設置為數據接收狀態；所述傳感器模塊，還用於根據所述片選信號通過串行通訊協議同時向所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊發送所述雲臺攝像頭的角度姿態信號。
第二方面，本發明實施例提供一種無人機，包括無人機本體、雲臺、雲臺攝像頭和數據通信裝置，所述雲臺攝像頭安裝在所述雲臺上，所述雲臺安裝在所述無人機本體上，所述雲臺控制模塊設置於所述雲臺上，所述傳感器模塊設置與所述雲臺攝像頭上，所述飛控模塊設置於所述無人機本體上。
第三方面，本發明實施例提供一種數據通信方法，應用於數據通信裝置，所述方法包括：所述傳感器模塊獲取雲臺攝像頭的角度姿態信號；所述飛控模塊向所述傳感器模塊以及所述雲臺控制模塊輸出片選信號；所述雲臺控制模塊根據所述片選信號將所述雲臺控制模塊的工作狀態設置為數據接收狀態；所述傳感器模塊根據所述片選信號通過串行通訊協議同時向所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊發送所述雲臺攝像頭的角度姿態信號。
本發明實施例提供一種數據通信裝置、方法及無人機，通過所述飛控模塊分別與所述傳感器模塊、所述雲臺控制模塊耦合，所述飛控模塊可以分別向所述傳感器模塊以及所述雲臺控制模塊輸出片選信號，使得所述雲臺控制模塊根據所述片選信號將所述雲臺控制模塊的工作狀態設置為數據接收狀態，通過所述傳感器模塊與所述雲臺控制模塊耦合，從而所述傳感器模塊可以根據所述片選信號通過串行通訊協議同時向所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊發送獲取的所述雲臺攝像頭的角度姿態信號，則所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊可以同時獲取所述傳感器模塊發送的雲臺攝像頭的角度姿態信號，從而提高了無人機中各個控制模塊獲取數據的實時性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種無人機的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的一種數據通信裝置的結構框圖；
圖3為本發明實施例提供的一種數據通信裝置的結構示意圖；
圖4為本發明實施例提供的一種數據通信裝置的數據傳輸示意圖；
圖5為本發明實施例提供的一種數據通信方法的流程圖。
圖標：200-無人機；210-無人機本體；220-雲臺；230-雲臺攝像頭；100-數據通信裝置；110-飛控模塊；120-雲臺控制模塊；130-傳感器模塊。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。
因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「左」、「右」、等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「耦合」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
本發明的其他特徵和優點將在隨後的說明書闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明實施例而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
請參照圖1，圖1為本發明實施例提供的一種無人機200的結構示意圖，所述無人機200包括無人機本體210、雲臺220、雲臺攝像頭230和數據通信裝置100。
其中，當所述無人機200在需要進行航拍時，所述雲臺220可以安裝在所述無人機本體210上，所述雲臺攝像頭230安裝在所述雲臺220上，所述雲臺控制模塊120設置於所述雲臺220上，用於對雲臺220進行增穩控制，所述傳感器模塊130設置與所述雲臺攝像頭230上，用於獲取雲臺攝像頭230的角度姿態信號，所述飛控模塊110設置於所述無人機本體210上，用於根據所述傳感器模塊130獲取的數據進行電子穩像的處理。
請參照圖2，圖2為本發明實施例提供的一種數據通信裝置100的結構框圖。所述數據通信裝置100包括：飛控模塊110、雲臺控制模塊120以及傳感器模塊130，所述飛控模塊110分別與傳感器模塊130和所述雲臺控制模塊120耦合，所述傳感器模塊130與所述雲臺控制模塊120耦合。
當所述無人機200在上電啟動時，所述飛控模塊110，用於向所述傳感器模塊130以及所述雲臺控制模塊120輸出片選信號。在無人機200的飛控模塊110中，飛控模塊110是指無人機200的飛行控制系統，主要包括陀螺儀、加速計、地磁感應、控制電路或GPS模塊，其主要的功能就是保持無人機200的正常飛行姿態以及實現其他功能。
作為一種實施方式，所述飛控模塊110可以是處理器，該處理器可以是一種集成電路晶片，具有信號處理能力。上述處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(Central Processing Unit，簡稱CPU)、網絡處理器(Network Processor，簡稱NP)等；還可以是數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件。其可以實現或者執行本申請實施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規的處理器等。在本實施例中，所述飛控模塊110為單片機，該單片機可以為STM32系列單片機，該STM32系列單片機具有高性能內核、低功耗、高集成度以及結構簡單等優點，並具有高速的數據處理能力。
所述雲臺控制模塊120，用於根據所述片選信號將所述雲臺控制模塊120的工作狀態設置為數據接收狀態。
其中，所述片選信號可以為一個電平信號，例如高電平或低電平。低電平表示電壓值低於第一數值的電壓，第一數值為行業內的一個常用數值。例如，一般對於TTL電路來說，第一數值為0.0V-0.4V，而對於CMOS電路來說，第一數值為0.0-0.1V。本發明實施例中，優選地，第一數值為0V，即低電平為0V。高電平表示電壓值高於第二數值的電壓，第二數值為行業內的一個常用數值。例如，一般對於TTL電路來說，第二數值為2.4V-5.0V，而對於CMOS電路來說，第二數值為4.99-5.0V。本發明實施例中，優選地，第二數值為3.3V，即高電平為3.3V。
其中，雲臺控制模塊120的工作狀態包括：等待狀態和數據接收狀態。例如，當雲臺控制模塊120的工作狀態處於等待狀態時，這時雲臺控制模塊120不接收數據，只有當雲臺控制模塊120接收到飛控模塊110發送的片選信號時，雲臺控制模塊120的工作狀態由等待狀態轉換為數據接收狀態；當雲臺控制模塊120的工作狀態處於數據接收狀態時，雲臺控制模塊120能夠接收傳感器模塊130的輸出的數據並將數據存儲。
作為一種實施方式，本發明實施例中，雲臺控制模塊120與傳感器模塊130之間的數據通信採用串行通訊協議，則所述雲臺控制模塊120的工作狀態處於數據接收狀態時為片選狀態。
具體地，所述串行通訊協議，在本實施例中，是指SPI通信協議，其中SPI是英文Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口。SPI接口主要應用在 EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器，還有數位訊號處理器和數位訊號解碼器之間。SPI，還是一種高速的、全雙工、同步的通信總線，並且在晶片的管腳上只佔用四根線，節約了晶片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供方便，正是出於這種簡單易用的特性，現在越來越多的晶片集成了這種通信協議。
SPI以主從方式工作，這種模式通常有一個主機和一個或多個從機，需要至少4根線，事實上當數據單向傳輸時，3根線也可以的，這也是所有基於SPI的設備共有的，這4根線分別是SDI、SDO、SCK、CS。其中，SDI表示主機數據輸入，從機數據輸出；SDO表示主機數據輸出，從機數據輸入；SCLK表示時鐘信號，由主機產生；CS表示從機的片選信號，該片選信號由主機控制。
其中，CS是控制晶片是否被選中的，也就是說只有片選信號為預先規定的使能信號（高電平或低電平）時，對此晶片的操作才有效。在本發明實施例中，所述雲臺控制模塊120的工作狀態處於數據接收狀態即片選狀態時，是指所述飛控模塊110輸出的片選信號為低電平0V，並將該片選信號分別發送給所述傳感器模塊130與所述雲臺控制模塊120，這時所述傳感器模塊130與所述雲臺控制模塊120均處於片選狀態，從而傳感器模塊130可以發送數據，雲臺控制模塊120可以接收數據，當所述雲臺控制模塊120的工作狀態處於等待狀態時，也就是沒有處於片選狀態時，這時所述雲臺控制模塊120沒有接收到所述飛控模塊110發送的片選信號或者所述雲臺控制模塊120接收到所述飛控模塊110發送的錯誤的片選信號，即片選信號為高電平時，則所述傳感器模塊130不會發送數據，而所述雲臺控制模塊120也就不接收數據了。
所以，根據片選信號，SPI協議中允許在同一總線上連接多個SPI設備。因為基於SPI協議的數據是一位一位的傳輸的，這就是SCK時鐘線存在的原因，由SCK提供時鐘脈衝，SDI、SDO則基於此時鐘脈衝完成數據傳輸。數據輸出通過 SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取，從而完成一位數據傳輸，輸入也使用同樣原理。
作為一種實施方式，所述雲臺控制模塊120可以是處理器，該處理器可以是一種集成電路晶片，具有信號處理能力。上述處理器可以是通用處理器，包括中央處理器、網絡處理器等；還可以是數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯器件、分立硬體組件。其可以實現或者執行本申請實施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規的處理器等。在本實施例中，所述雲臺控制模塊120為單片機，該單片機可以為STM32系列單片機。
所述傳感器模塊130，用於獲取所述雲臺攝像頭230的角度姿態信號，以及用於根據所述片選信號通過串行通訊協議同時向所述飛控模塊110與所述雲臺控制模塊120發送所述雲臺攝像頭230的角度姿態信號。
無人機200在飛行過程中進行拍攝時，無人機200的雲臺攝像頭230的角度姿態會有偏轉或晃動，這就需要實時地獲取雲臺攝像頭230的角度姿態信號，飛控模塊110根據該雲臺攝像頭230的角度姿態信號實時地進行電子穩像的處理，雲臺控制模塊120根據該雲臺攝像頭230的角度姿態信號實時地進行雲臺220的增穩控制，該雲臺攝像頭230的角度姿態，是指無人機200在飛行過程中雲臺攝像頭230處於的各種角度，例如，45度、80度等。
作為一種實施方式，所述傳感器模塊130可以為MPU6500六軸傳感器，該六軸傳感器是由三軸加速器和三軸螺旋儀組成，它的使用主要是靠三軸加速器來完成的：(1)三軸加速器首先監測橫向加速，再監測角度旋轉和平衡；(2)三軸加速器就是感應XYZ（立體空間三個方向，前後左右上下）軸向上的加速；(3)三軸陀螺儀是分別感應Roll（左右傾斜）、Pitch（前後傾斜）、Yaw（左右搖擺）的全方位動態信息。在本實施例中傳感器模塊130使用六軸傳感器可更好更精確地獲取所述無人機200的姿態信號。
請參照圖3，圖3為本發明實施例提供的一種數據通信裝置100的結構示意圖。所述飛控模塊110包括第一觸發端CS1、第一數據接收端MISO1、第一數據發送端MOSI1以及第一時鐘端CLK1，其中，第一觸發端CS1用於輸出片選信號；第一數據接收端MISO1在SPI協議中表示主機接收數據，從機發送數據；第一數據發送端MOSI1在SPI協議中表示主機發送數據，從機接收數據；第一時鐘端CLK1用於輸出時鐘信號。
所述傳感器模塊130包括第二觸發端CS2、第二數據發送端MISO2、第二數據接收端MOSI2以及第二時鐘端CLK2，其中，第二觸發端CS2用於接收所述飛控模塊110發送的片選信號；第二數據發送端MISO2在SPI協議中表示從機發送數據，主機接收數據；第二數據接收端MOSI2在SPI協議中表示從機接收數據，主機發送數據；第二時鐘端CLK2用於接收所述飛控模塊110發送的時鐘信號。
所述雲臺控制模塊120包括第三觸發端CS3、第三數據接收端MOSI3以及第三時鐘端CLK3，其中，第三觸發端CS3用於接收所述飛控模塊110發送的片選信號；第三數據接收端MOSI3在SPI協議中表示從機接收數據，主機發送數據；第三時鐘端CLK3用於接收所述飛控模塊110發送的時鐘信號。
所述飛控模塊110的所述第一觸發端CS1與所述傳感器模塊130的所述第二觸發端CS2通過上述SPI中的CS線連接，所述雲臺控制模塊120的所述第三觸發端CS3與所述飛控模塊110的所述第一觸發端CS1也通過上述SPI中的CS線連接。所述飛控模塊110的所述第一觸發端CS1用於向所述傳感器模塊130的第二觸發端CS2與所述雲臺控制模塊120的所述第三觸發端CS3輸出所述片選信號。
在本實施例中，所述飛控模塊110向所述傳感器模塊130以及所述雲臺控制模塊120輸出片選信號，從而所述傳感器模塊130以及所述雲臺控制模塊120為片選狀態，即被選為從機，所述飛控模塊110作為主機，所述飛控模塊110可接收從所述傳感器模塊130發送的數據，而這時，所述雲臺控制模塊120可以理解為它是作為所述傳感器模塊130虛擬意義上的主機，從而所以所述雲臺控制模塊120也可接收從傳感器模塊130發送的數據。
作為一種實施方式，所述雲臺控制模塊120與所述傳感器模塊130進行SPI通信時，所述雲臺控制模塊120可利用其自帶的SPI硬體資源，在飛控模塊110與傳感器模塊130進行通信時，所述飛控模塊110輸出的片選信號會使雲臺控制模塊120的工作狀態自動進入數據接收狀態，其接收數據可以採用接收中斷進行處理，也就是可以用DMA(Direct Memory Access，直接內存存取)傳輸數據，DMA允許不同速度的硬體裝置來溝通，而不需要依賴於 CPU 的大量中斷負載。否則，CPU 需要從來源把每一片段的資料複製到暫存器，然後把它們再次寫回到新的地方。在這個時間中，CPU 對於其他的工作來說就無法使用，這樣可以大大節約CPU的資源。
另外，所述雲臺控制模塊120也可採用軟體模擬SPI協議與傳感器模塊130進行通信，所述雲臺控制模塊120可以接收到所述飛控模塊110輸出的片選信號，然後，所述雲臺控制模塊120的工作狀態進入數據接收狀態，雲臺控制模塊120以飛控模塊110提供的時鐘信號作為採樣頻率進行數據的接收。
在本實施例中，可根據實際情況，可以選擇任一種雲臺控制模塊120的SPI通信方式。
所述傳感器模塊130一般可同時發送14個字節的數據，所述雲臺控制模塊120對於多字節數據的獲取時，為了方便找到數據幀的順序，當所述傳感器模塊130開始發送數據即傳感器模塊130接收到所述飛控模塊110發送的片選信號時，使得雲臺控制模塊120的第三觸發端CS3產生下降沿中斷，以顯示新數據幀來臨，從第一位開始接收全部數據，當雲臺控制模塊120接收完成後，則重新等到新的數據幀的到來。
所述飛控模塊110的所述第一數據接收端MISO1與所述傳感器模塊130的所述第二數據發送端MISO2通過上述SPI中的SDI線連接，所述雲臺控制模塊120的所述第三數據接收端MOSI3與所述傳感器模塊130的所述第二數據發送端MISO2通過上述SPI中的SDO線連接。所述飛控模塊110的所述第一數據發送端MOSI1與所述傳感器模塊130的所述第二數據接收端MOSI2通過上述SPI中的SDO線連接。
當雲臺控制模塊120的第三觸發端CS3接收到所述飛控模塊110發送的所述片選信號時，此時將雲臺控制模塊120的工作狀態設置為數據接收狀態，也就是說所述雲臺控制模塊120的第三觸發端CS3沒有接收到所述飛控模塊110發送的片選信號時，其第三數據接收端MOSI3為高阻態，當雲臺控制模塊120的第三觸發端CS3接收到所述飛控模塊110發送的所述片選信號時，其第三數據接收端MOSI3由高阻態變為選通狀態，從而所述雲臺控制模塊120可從所述傳感器模塊130接收所述傳感器模塊130發送的雲臺攝像頭230的角度姿態信號。
所述傳感器模塊130的所述第二數據發送端MISO2用於根據所述片選信號通過所述串行通訊協議同時向所述飛控模塊110的第一數據接收端MISO1與所述雲臺控制模塊120的所述第三數據接收端MOSI3發送所述雲臺攝像頭230的角度姿態信號。
所述飛控模塊110的所述第一時鐘端CLK1與所述傳感器模塊130的所述第二時鐘端CLK2通過上述SPI中的SCLK線連接，所述雲臺控制模塊120的所述第三時鐘端CLK3與所述飛控模塊110的所述第一時鐘端CLK1也通過上述SPI中的SCLK線連接，所述飛控模塊110的所述第一時鐘端CLK1用於向所述傳感器模塊130的第二時鐘端CLK2與所述雲臺控制模塊120的所述第三時鐘端CLK3輸出數據讀取頻率，所述數據讀取頻率為所述傳感器模塊130以及所述雲臺控制模塊120接收所述雲臺攝像頭230的角度姿態信號的頻率。
作為一種實施方式，所述飛控模塊110第一時鐘端CLK1輸出的數據讀取頻率為8KHz，該數據讀取頻率作為飛控模塊110和雲臺控制模塊120接收數據的頻率以及傳感器模塊130發送數據的頻率。
另外，所述串行通訊協議的時鐘頻率為9MHz，就是該SPI協議中數據傳輸的頻率。
請參照圖4，圖4為本發明實施例提供的一種數據通信裝置100的數據傳輸示意圖。在飛控模塊110輸出的時鐘信號的控制下，當飛控模塊110輸出的片選信號為低電平時，所述傳感器模塊130在檢測到所述片選信號CS為低電平時並在時鐘信號CLK的上升沿開始發送數據，所述雲臺控制模塊120在檢測到所述片選信號CS為低電平時並在時鐘信號CLK的下降沿到來時開始接收數據，同時所述飛控模塊110也開始接收數據。若所述傳感器模塊130在時鐘信號CLK的上升沿開始發送的姿態信號S1為11010010，則如圖4所示，所述飛控模塊110與所述雲臺控制模塊120在時鐘信號CLK的下降沿開始接收的數據信號S2為11010010。
請參照圖5，圖5為本發明實施例提供的一種數據通信方法的流程圖，所述數據通信方法具體包括如下步驟：
步驟S100：所述傳感器模塊獲取雲臺攝像頭的角度姿態信號。
步驟S200：所述飛控模塊向所述傳感器模塊以及所述雲臺控制模塊輸出片選信號。
步驟S300：所述雲臺控制模塊根據所述片選信號將所述雲臺控制模塊的工作狀態設置為數據接收狀態。
步驟S400：所述傳感器模塊根據所述片選信號通過串行通訊協議同時向所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊發送所述雲臺攝像頭的角度姿態信號。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的方法的具體工作過程，可以參考前述裝置中的對應過程，在此不再過多贅述。
綜上所述，本發明實施例提供一種數據通信裝置無人機數據通信裝置、方法及無人機，通過所述飛控模塊分別與所述傳感器模塊、所述雲臺控制模塊耦合，所述飛控模塊可以分別向所述傳感器模塊以及所述雲臺控制模塊輸出片選信號，使得所述雲臺控制模塊根據所述片選信號將所述雲臺控制模塊的工作狀態設置為數據接收狀態，通過所述傳感器模塊與所述雲臺控制模塊耦合，從而所述傳感器模塊可以根據所述片選信號通過串行通訊協議同時向所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊發送獲取的所述雲臺攝像頭的角度姿態信號，則所述飛控模塊與所述雲臺控制模塊可以同時獲取所述傳感器模塊發送的雲臺攝像頭的角度姿態信號，從而提高了無人機中各個控制模塊獲取數據的實時性。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。