一種無人飛艇的無線飛行遙控器及其無線飛行遙控方法
2023-04-24 11:01:16 1
專利名稱：一種無人飛艇的無線飛行遙控器及其無線飛行遙控方法
技術領域：
本發明涉及一種無人飛艇遙控工程技術領域，特別涉及一種無人飛艇的無線飛行遙控器及其實現方法。
背景技術：
無人飛艇是依靠空氣浮力升空、可操控的一種飛行器，可攜帶不同類型的監視設備進行低成本、長航時飛行，從而具有廣泛的軍事和商業用途。飛艇的飛行過程分為起飛、 巡航、降落等三個部分。巡航階段飛艇周邊環境相對穩定，無需對飛艇的飛行速度和姿態做出大範圍的調整，所以通常依靠地面站艙內飛行控制系統就能滿足要求。但是在飛艇的起飛和降落階段無人飛艇的速度變化大、姿態調整頻繁、降落場地也比較複雜，所以對無人飛艇的飛行控制操作要求很高。現階段無人飛艇普遍採用地面站艙外遙控器的方式，讓有經驗的操控手通過觀察來控制飛艇，以滿足起飛、降落階段對控制系統實時性、機動性、高度複雜性的要求
最初時期，無人飛艇遙控器沒有經過單獨的設計，基本上是使用航模遙控器。航模遙控器包括開關和搖杆電路、控制晶片、無線電發射模塊、IXD顯示模塊等等，控制晶片採集開關和搖杆電路的控制信號，並將其按照航模的通信協議經過無線發射模塊發送給飛行器上的接收器，從而直接對舵機進行控制。
然而使用航模遙控器有一些的缺點航模遙控器與地面站使用的兩條不同模式的無線通訊鏈路，一般飛艇巡航時，使用的是地面站上無線通訊鏈路，而起飛、降落等關鍵階段需要切換到航模遙控器的通訊鏈路，鏈路的頻繁切換會給飛艇的飛行安全帶來一定的隱串■/Qi、O
隨後的無人飛艇遙控器在航模遙控器設計的基礎上增加了串行通訊接口，通過電纜線連接到地面站，與地面站艙內的飛行控制系統使用同一條通訊鏈路，通過艙內外控制權的切換，完成對飛艇不同階段的飛行控制。
有線串行通訊的方式雖然解決了使用兩條不同模式鏈路帶來的安全性問題，卻也出現了新的問題，遙控器與地面站之間的有線電纜連接，大大制約了操控手的活動空間，特別是一些大型無人飛艇起飛降落為了安全起見，往往需要與地面站拉開一些距離，此時操控手需要相對近距離觀察飛艇時，長長的遙控器電纜線就會造成極大地不便。發明內容
本發明是為了解決現有飛艇遙控器存在的問題，提供一種適用於無人飛艇的無線飛行遙控器及其無線飛行遙控的方法。無線飛行遙控器將採集的控制信號，通過無線RS485 的方式傳送給地面站，再由地面站通過統一的鏈路傳給無人飛艇，既解決了使用普通航模遙控器需要切換無線通訊鏈路的問題，也使艙外飛行操控手擺脫了有線遙控器的束縛，保證了飛艇的飛行安全。
本發明的發明目的是通過以下技術方案實現的
一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器包括遙控器外殼、旋鈕電位器、搖杆機構、模 擬信號採集模塊、無線RS485傳輸模塊和天線、電池和電源處理模塊；
所述旋鈕電位器產生飛艇的涵道轉向、以及發動機混合比控制信號；
所述搖杆機構包含一個產生飛艇升降及橫滾控制信號雙自由度搖杆以及一個產 生油門控制信號的單自由度搖杆；
所述模擬信號採集模塊採集電位器旋鈕及搖杆所產生的控制信號，通過內部電路 轉換成RS485串行總線信號，並將其傳送給無線RS485通訊模塊；
所述無線RS485通訊模塊包括RS485接口晶片，主控制晶片，射頻輸入匹配電路， 射頻晶片，射頻輸出匹配電路以及電源調整器，無線RS485通訊模塊接收到模擬信號採集 模塊傳輸來的RS485串行總線信號，通過天線傳輸給地面站內的無線RS485通訊模塊；
所述電源處理模塊將電池的電壓調整為其他模塊所需要的工作電源。
遙控器外殼採用人體工學設計，材質選用了 ABS塑料以及鋁合金。
模擬信號採集模塊包括模擬量採集晶片，ADC轉換晶片，程序存儲晶片，嵌入式控 制器，RS485接口晶片，電源調整晶片。
無線RS485通訊模塊包括主控制晶片，射頻輸入匹配電路，射頻晶片，射頻輸出匹 配電路以及電源調整器。
電池採用大容量可充電鋰電池，經過電源處理模塊後，提供模擬信號採集模塊、無 線RS485通訊模塊、旋鈕電位器和搖杆機構的工作電源，遙控器安裝電源電壓表，以便提示 電壓過低時及時充電。
無線飛行遙控器的無線飛行遙控方法，包含如下步聚
步聚一使用旋鈕電位器產生飛艇的涵道轉向以及發動機混合比控制信號，使用 雙自由度搖杆產生飛艇升降及橫滾控制信號，使用單自由度搖杆產生油門控制信號；
步聚二 模擬信號採集模塊採集電位器旋鈕及搖杆所產生的控制信號，通過內部 電路轉換成RS485串行總線信號，並將其傳送給無線RS485通訊模塊；
步聚三無線RS485通訊模塊接收到模擬信號採集模塊傳輸來的RS485串行總線 信號，通過天線傳輸給地面站內的無線RS485通訊模塊。
相對於現有技術，本發明具備以下有益效果將地面站使用的通訊鏈路和普通航 模使用的通訊鏈路合二為一，使無人飛艇在飛行的各個階段保持一條通訊鏈路，不需要進 行切換；在之前有線遙控器的基礎上改進了傳輸方式，使用無線傳輸方式，使艙外操控手 使用靈活，活動範圍不再受電纜線約束，同時也避免了傳統電纜所帶來的的磨損、拖拽等麻 煩。
圖1為本發明組成結構示意圖。
圖2為電位器旋鈕和搖杆機構示意圖。
圖3為模擬量採集模塊工作原理示意圖。
圖4為無線RS485通訊模塊工作原理示意圖。
圖5為遙控器電源部分連接示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施實例對本發明作進一步的說明。
一種適用於無人機的無線飛行遙控器，如圖1所示，電位器旋鈕和搖杆機構I、模 擬信號採集模塊2、無線RS485通訊模塊3和天線4、電池5和電源處理模塊6以及電池電 壓表7。
如圖2所示，電位器旋鈕和搖杆機構1，包括一個涵道轉向旋鈕8，一個發動機混合 比旋鈕9，一個雙自由度搖杆10以及一個單自由度搖杆11。涵道轉向旋鈕8控制無人飛 艇的涵道方向，起始位置為中間O度，可以順時針或者逆時針轉動；發動機混合比旋鈕9控 制發動機的混合比控制量，起始位置為左側O度，順時針旋轉時混合比控制量逐漸加大；雙 自由度搖杆10左右運動可調節航向控制量，向左增大左航向控制量，向右增大右航向控制 量，上下運動可調節飛艇的高度控制量，向上增大高度控制量，向下減小高度控制量；單自 由度搖杆11可調節油門控制量，向上增大油門控制量，向下減小油門控制量。
如圖3所示，模擬信號採集模塊2，包括模擬量採集晶片13，ADC轉換晶片14，程序 存儲晶片15，嵌入式控制器16，RS485接口晶片17，電源調整晶片18。電位器旋鈕和搖杆機 構I所產生的模擬量，通過模擬量採集晶片13採集到ADC轉換晶片14中，在嵌入式控制器 16的控制下，將其轉換為符合通信規約的RS485數據，通過RS485接口晶片17發送給無線 RS485通訊模塊3。嵌入式控制器16的程序存儲於程序存儲晶片15中，整個模塊內部的工 作電源，是由電池5的電源通過電源調整晶片18調整後提供的。
如圖4所示，無線RS485通訊模塊3，包括RS485接口晶片19，主控制晶片20，射頻 輸入匹配電路21，射頻晶片22，射頻輸出匹配電路23以及電源調整器24。無線RS485通 訊模塊3從RS485接口晶片19中接收到來自模擬信號採集模塊2的RS485數據，在主控制 晶片20的控制下，傳送給射頻晶片22，再由其通過射頻天線4，發送給地面站的無線通訊模 塊。整個模塊內部的工作電源，也是由電池5的電源通過電源調整器24調整後提供的，射 頻晶片前部配有輸入匹配電路21，後部配有輸出匹配電路23，以匹配相應的射頻輸入輸出 阻抗。
如圖5所不,包括電池5,電源處理模塊6,電壓表7、開關12以及充電插座25。開 關12用來開啟或者關閉電池5的供電功能，電源處理模塊6，將電池的電壓調整為其他模塊 所需要的工作電源，電壓表7用以顯示電池5的電壓值，當電壓值過低時，需要通過充電插 座25對電池5進行充電。
權利要求
1.一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器，包括遙控器外殼、旋鈕電位器、搖杆機構、模擬信號採集模塊、無線RS485傳輸模塊和天線、電池和電源處理模塊，其特徵在於 所述旋鈕電位器產生飛艇的涵道轉向、以及發動機混合比控制信號； 所述搖杆機構包含一個產生飛艇升降及橫滾控制信號雙自由度搖杆以及一個產生油門控制信號的單自由度搖杆； 所述模擬信號採集模塊採集電位器旋鈕及搖杆所產生的控制信號，通過內部電路轉換成RS485串行總線信號，並將其傳送給無線RS485通訊模塊； 所述無線RS485通訊模塊包括RS485接口晶片，主控制晶片，射頻輸入匹配電路，射頻晶片，射頻輸出匹配電路以及電源調整器，無線RS485通訊模塊接收到模擬信號採集模塊傳輸來的RS485串行總線信號，通過天線傳輸給地面站內的無線RS485通訊模塊； 所述電源處理模塊將電池的電壓調整為其他模塊所需要的工作電源。
2.根據權利要求I所述的一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器，其特徵在於所述遙控器外殼採用人體工學設計，材質選用了 ABS塑料以及鋁合金。
3.根據權利要求I所述的一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器，其特徵在於，所述模擬信號採集模塊包括模擬量採集晶片，ADC轉換晶片，程序存儲晶片，嵌入式控制器，RS485接口晶片，電源調整晶片。
4.根據權利要求I所述的一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器，其特徵在於，所述無線RS485通訊模塊包括主控制晶片，射頻輸入匹配電路，射頻晶片，射頻輸出匹配電路以及電源調整器。
5.根據權利要求I所述的一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器，其特徵在於，所述電池採用大容量可充電鋰電池，經過電源處理模塊後，提供模擬信號採集模塊、無線RS485通訊模塊、旋鈕電位器和搖杆機構的工作電源。
6.根據權利要求I所述的一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器的無線飛行遙控方法，其特徵在於，包含如下步聚 步聚一使用旋鈕電位器產生飛艇的涵道轉向以及發動機混合比控制信號，使用雙自由度搖杆產生飛艇升降及橫滾控制信號，使用單自由度搖杆產生油門控制信號； 步聚二 模擬信號採集模塊採集電位器旋鈕及搖杆所產生的控制信號，通過內部電路轉換成RS485串行總線信號，並將其傳送給無線RS485通訊模塊； 步聚三無線RS485通訊模塊接收到模擬信號採集模塊傳輸來的RS485串行總線信號，通過天線傳輸給地面站內的無線RS485通訊模塊。
全文摘要
一種用於無人飛艇的無線飛行遙控器，包括遙控器外殼、旋鈕電位器、搖杆機構、模擬信號採集模塊、無線RS485傳輸模塊和天線、電池和電源處理模塊，無線飛行遙控器將採集的控制信號，通過無線RS485的方式傳送給地面站，再由地面站通過統一的鏈路傳給無人飛艇。本發明能使無人飛艇在飛行的各個階段保持一條通訊鏈路，不需要進行切換，使艙外操控手使用靈活，活動範圍不受約束。
文檔編號G05D1/10GK102981508SQ20121054145
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者方力 申請人:中國航空無線電電子研究所