一種無人飛行器控制裝置、無人飛行器及應用其的控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種無人飛行器控制裝置，用于控制無人飛行器，包括第一主控電路、交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路，第一主控電路分別與交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路連接。本發明利用無人機專用頻段與無人飛行器進行雙向透明傳輸，提高對無人飛行器的控制范圍，且支持高清數據傳輸、航跡顯示、防水防塵防電磁干擾。
【專利說明】
一種無人飛行器控制裝置、無人飛行器及應用其的控制系統
技術領域
[0001]本發明屬于無人機技術領域，具體而言，涉及一種無人飛行器控制裝置、無人飛行器及應用其的控制系統。
【背景技術】
[0002]隨著無人飛行器的發展，用戶對無人飛行器的控制裝置功能要求越來越多。當前目前市面上大多無人飛行器的遙控裝置均屬于玩具級別，僅僅實現對無人飛行器的單向控制，并不能實現與無人飛行器的雙向數據傳輸。同時，當前的無人飛行器控制裝置控制無人飛行器的具有有限，一般為1KM，不適合遠距離控制。
【發明內容】
[0003]為解決現有現有無人飛行器控制裝置控制距離有限，且無法與無人飛行器進行雙向數據傳輸的技術缺陷，本發明提供了一種無人飛行器控制裝置，通過通信電路利用專業的無人機專用頻段，與無人機進行雙向數據通信，提高對無人飛行器的控制距離。
[0004]本發明提供了一種無人飛行器控制裝置，用于控制無人飛行器，包括第一主控電路、交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路，第一主控電路分別與交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路連接，其中，
[0005]第一定位電路，用于獲取所述無人飛行器控制裝置的位置，并接收無人飛行器的位置；
[0006]交互電路，用于獲取定位電路獲取的無人飛行器控制裝置及無人飛行器的位置，并在預置的地圖上進行顯示；
[0007]第一通信電路，用于利用無人機通信頻段與無人飛行器通信，獲取無人機的飛行數據；
[0008]操作電路，用于獲取無人飛行器控制裝置用戶對無人飛行器的操作指令；
[0009]第一主控電路，用于接收操作電路獲取的操作指令并通過通信電路向無人飛行器發送，控制無人飛行器。
[0010]進一步，操作電路包括控制接口、與控制接口連接的控制鍵，控制鍵外側包覆保護層。
[0011]進一步，第一通信電路包括數傳電臺、圖傳電臺、3G和/或4G電路和北斗電路。
[0012]進一步，第一主控電路還連接有語音播放電路，第一主控電路通過語音播放電路向用戶提示無人飛行器航行信息。
[0013]進一步，還包括為所述無人飛行器控制裝置供電的第一電源管理電路。
[0014]進一步，第一定位電路包括相互連接的航空天線、GPS接收機。
[0015]進一步，第一主控電路還連接第一測距電路。更進一步，第一測距電路包括第一圖像采集裝置和/或第一雷達。
[0016]進一步，第一主控電路還連接有第一存儲電路。
[0017]本發明還提供了一種無人飛行器，包括第二主控電路、第二通信電路、第二電源管理電路、第二定位電路、第二測距電路，第二主控電路分別與第二通信電路、第二電源管理電路、第二定位電路、第二測距電路連接，其中，第二測距電路包括第二圖像采集裝置和/或第二雷達。
[0018]進一步，第二測距電路包括第二圖像采集裝置和/或第二雷達。
[0019]進一步，第二主控電路還連接有自檢電路。
[0020]進一步，第二主控電路還連接有第二存儲電路。
[0021]本發明還提供了一種無人飛行器控制系統，包括無人飛行器控制裝置、無人飛行器，無人飛行器控制裝置與無人飛行器通信連接。
[0022]綜上，本發明包括如下有益效果:
[0023]1、利用無人機專用頻段與無人飛行器進行雙向透明傳輸，提高對無人飛行器的控制范圍，實現控制無人飛行器，并實時監控無人飛行器飛行中的狀態數據；
[0024]2、在地圖上顯示無人飛行器的航跡，實時獲取無人飛行器的位置；
[0025]3、實時測量與無人飛行器的距離以及無人飛行器與地面的距離；
[0026]4、對無人飛行器采集的圖像進行回訪并記錄，并對進行高清圖像傳輸；
[0027]5、實時播放無人飛行器的飛信狀態信息；
[0028]6、實現對無人飛行器開機的故障自檢；
[0029]7、防水、防塵及防電磁干擾。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明所述的控制裝置一個實施例的框圖結構示意圖；
[0031]圖2為本發明所述的無人飛行器一個實施例的框圖結構示意圖；
[0032]圖3為本發明所述的無人飛行器控制系統一個實施例的框圖結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面通過具體的實施例并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0034]傳統的無人飛行器的控制裝置利用業余頻段(如2.4Ghz頻段)實現與無人飛行器進行通信從而控制無人飛行器的飛行。業余頻段一般都是單向傳輸數據的，只能實現向無人飛行器發送控制指令控制無人飛行器飛行的目的，而不能實現接收無人飛行器的飛行數據或采集的圖像數據。同時，由于業余頻段存在信號干擾大、覆蓋范圍小的技術缺陷，導致控制裝置對無人飛行器的控制距離有限，限制了無人飛行器的使用范圍。
[0035]為了解決上述問題本發明提供了一種無人飛行器控制裝置，該無人飛行器控制裝置用于控制無人飛行器。
[0036]如圖1所示，所述無人飛行器控制裝置包括第一主控電路1、交互電路2、第一通信電路3、第一定位電路4、操作電路5，第一主控電路分別與交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路連接。
[0037]其中，
[0038]第一定位電路，用于獲取所述無人飛行器控制裝置的位置，并接收無人飛行器的位置。本發明所述的無人飛行器控制裝置實施獲取自身(即無人飛行器控制裝置)的地理位置，并實時利用航空天線和GPS接收機實現獲取所述無人飛行器的地理位置；同時還能利用航空天線向本發明所述的無人飛行器發送位置信號。本發明所述的無人飛行器控制裝置利用航天天線及GPS接收機接收無人飛行器發送的定位信號后通過交互模塊進行顯示，在交互模塊上向用戶顯示所述無人飛行器控制裝置的位置和無人飛行器的位置及其的航跡。
[0039]交互電路，用于獲取定位電路獲取的無人飛行器控制裝置及無人飛行器的位置，并在預置的地圖上進行顯示。交互模塊可選的設為觸摸顯示屏，方便用戶進行操作。用戶通過觸摸顯示屏實現對航空線路的設置、無人飛行器參數、無人飛行器控制裝置參數的設置，還可選的通過觸摸顯示屏顯示提示信息(例如，航向偏離、示警信息等)。
[0040]第一通信電路，用于利用無人機通信頻段與無人飛行器通信，獲取無人機的飛行數據。進一步，通信電路包括數傳電臺、圖傳電臺、3G和/或4G電路和北斗電路。
[0041]具體實施時，數傳電臺及圖傳電臺均是全雙工數傳電臺，主要功能是實時傳送無人飛行器與本發明所述的無人飛行器控制裝置之間的數據交互；3G和/或4G電路不但是無人飛行器與控制裝置之間進行數據交互的備用通道，而且也可選的是圖像傳輸的備用通道;北斗模塊主要是無人飛行器與控制裝置的應急通訊通道。
[0042]第一主控電路與通信電路的連接為串口連接，具體實施時，可選的利用六串口板連接主控電路，將主控電路發送的控制信息進行轉碼后利用括數傳電臺、圖傳電臺、3G和/或4G電路或北斗電路進行發送，從而實現與無人飛行器的數據交互，達到控制無人飛行器的目的。六串口板上包括GPS差分接口，本發明所述的第一主控電路可選的通過RS232串口實現向數據模塊發送數據。所述第一主控電路可選的將數據通過其內部的選擇開關發送至六串口板上的GPS差分接口，經數傳電臺(即數傳模塊)送往無人飛行器上，無人飛行器上電臺接收后通過六串口板直接發送至第二定位電路進行差分處理。還可選的通過3G和/或4G電路或北斗電路接收差分信息。需要說明的是，六串口板僅僅是一種連接主控電路的串口電路板，具體實施時還可選的設為其他串口電路板，本發明在此不再詳述。
[0043]操作電路，用于獲取對無人機的操作指令，并將操作指令發送至主控。進一步，操作電路包括控制接口、與控制接口連接的控制鍵，控制鍵外側包覆保護層。
[0044]具體實施時，控制鍵可選的包括俯仰角/航向手柄、總距/橫滾手柄、橫滾微調按鈕、航向微調按鈕、俯仰微調按鈕、油門調節按鈕等等。本發明操作電路中控制鍵的設置目的在于控制無人飛行器的航向、速度、俯仰角等，因此除了上述列舉的控制鍵，本發明不再贅述。同時為了防止水、塵土的對操作電路造成的接觸不良、靈敏度降低等影響，本發明在控制鍵外側設置保護層起到防水、防塵的目的。具體實施時，保護層可選的設置為硅膠保護套、塑料保護套、復合材料保護套等不同材質的保護套。為了降低電磁對控制件的干擾，具體實施時，可選的將保護套設為橡膠的或者其他具有防止電磁影響的保護套，本發明不再詳述。
[0045]第一主控電路，用于接收操作電路獲取的操作指令并通過通信電路向無人飛行器發送，控制無人飛行器。
[0046]具體實施時，用戶對操作手柄和按鍵(即操作鍵)可選的通過采集編碼板(即控制接口)采集編碼形成遙控指令，可選的通過TTL將電平信號送給第一主控電路進行實時數據保存，采集編碼板也可通過這個TTL信號接收第一主控電路發送的航路信息和調參信息，與遙控指令合碼后送給六串口板上的RS422遙控串口(遙控串口)進行遙控指令數據發送。無人飛行器通信電路接收后通過六串口板中的RS422串口(遙控串口)送給無人飛行器主控電路進行飛機遙調控制。
[0047]第一主控電路可選的包括處理器。具體實施時，處理器可選的采用中央處理器或嵌入式處理器，其中，嵌入式處理器又可選的采用嵌入式微處理器、嵌入式微控制器或嵌入式DSP處理器。目前主要的嵌入式處理器類型有Aml86/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。其中Arm/StrongArm是專為手持設備開發的嵌入式微處理器，屬于中檔的價位。為了降低本發明所述的無人飛行器控制裝置的體積、成本，因此具體實施時，可選的采用嵌入式微控制器。微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制。
[0048]工作原理:用戶利用本發明所述的無人飛行器控制裝置提供的操作電路控制無人飛行器的飛行。第一主控電路將用戶對操作電路的操作指令利用通信電路向無人飛行器發送達到控制無人飛行器飛行的目的，同時通過通信電路(如數傳電臺、圖傳電臺、3G和/或4G電路和北斗電路)接收無人飛行器發送的圖像數據和/或飛行數據，達到監控無人飛行器飛行的目的。
[0049]所述第一通信電路利用無人飛行器機專用頻段(雙向傳輸方式)進行數據傳輸，不僅實現了向無人飛行器發送控制指令的目的(即上行遙控)，還實現了接收無人飛行器采集的圖像數據或無人飛行器的飛行數據(即下行遙測鏈路)。具體實施時，無人飛行器控制裝置及無人飛行器利用的頻段可選的為902 — 928MHZ。還可選根據工信部對無人飛行器頻譜使用通知，利用840.5-845MHz、1430-1444MHZ或2408-2440MHZ頻段。通過利用無人飛行器專業頻段方式其它電臺頻段對無人飛行器控制的影響，同時提高對無人飛行器的控制距離。
[0050]圖傳電臺的目的就是實施接收天空中處于飛行狀態的無人飛行器拍攝的畫面。圖傳電臺目的在于獲取無人飛行器高空拍攝的視頻數據，傳統的無人飛行器需要在地面獲取高空拍攝的視頻數據，無法使用后實施了解拍攝內容。為了解決這種問題，本發明利用圖傳電臺實時獲取無人飛行器的拍攝內容。圖傳電臺可選的包括發射端、接收端和顯示端，具體實施時，可選的將發射端安裝于無人飛行器一端，接收端(可選的包括圖傳電臺天線)裝于本發明所述的控制裝置上，同時將交互電路作為圖傳電臺的顯示端;還可選在均安裝所述控制裝置上，實現與無人飛行器上的圖傳電臺的數據交互。無人飛行器上的圖傳發射端可選的利用2.4Ghz頻段、433頻段、5.SGHz判斷等業余頻段傳輸圖像數據時，可選通過濾波器過濾外部干擾，提高圖像發射端的性能。然而利用2.4Ghz等業余頻段進行圖像傳輸受限于傳輸距離，為了解決這種問題，本實施例中利用無人機專用頻段進行圖像傳輸，達到不僅提高的圖像傳輸的距離，又不影響圖像質量的目的。數傳電臺與圖像電路原理一致，可選的包括發射端、接收端、顯示端。本實施例中，可選在本發明所述的無人飛行器上設置數傳電臺天線接收無人飛行器發送的無人飛行器飛行數據。傳統的無線數傳電臺一般利用433MHz，450MHz，470MHz等ISM頻點等頻段，這些頻段通信距離短，且可靠性低。因此本發明利用無人機專用頻段，達到提高本發明本發明所述的無人飛行器控制裝置的控制距離。
[0051]與傳統的無人飛行器相比較，本發明所述的無人飛行器控制裝置通過設置交互模塊實現了將通信電路接收的無人飛行器的飛行數據和/或采集的圖像數據進行顯示，以供用戶及時了解無人飛行器的飛行狀態，同時將定位模塊獲取的無人飛行器的位置在地圖上進行顯示，向用戶顯示無人飛行器的航跡的目的，無人飛行器控制裝置用戶直觀地了解當前無人飛行器的飛行狀態及其位置。
[0052]進一步，第一主控電路還連接有語音播放電路6，第一主控電路通過語音播放電路向用戶提示無人飛行器航行信息。
[0053]與傳統的無人飛行器相比較，本發明設置有語音播放電路，通過語音播放電路實時向用戶播報無人飛行器的飛行狀況信息以及地理位置信息，同時在交互電路上進行顯不O
[0054]進一步，還包括為所述無人飛行器控制裝置供電的第一電源管理電路7。具體實施時，所述第一電源管理電路可選的包括相互連接的AC/DC轉換電路、保護電路、電池組AC/DC轉換電路用于實現交流、直流的轉換。保護電路預設都有電壓閾值，實時判斷電池組的電壓是否低于預設的電壓閾值，是則向用戶提示，并切斷電源供給從而保護電池，延長電池的使用壽命。進一步，電池組可選了設置為鋰電池，其中，鋰電池的數量至少為I。通過至少一節鋰電池的設置，提高本發明所述的無人機控制裝置的待機時間。具體實施時，電池組還可選的設為堿錳電池、鋅錳電池、鋅電池、鋅空電池、鋅汞電池、水銀電池、氫氧電池、鎂錳電池等，電池組的類型本發明在此并不進行限定。
[0055]與傳統的無人飛行器控制裝置相比較，本發明增加了與第一主控電路連接的第一測距電路8。進一步，第一測距電路包括第一圖像采集裝置和/或第一雷達。
[0056]利用圖像采集裝置進行測距時，要求無人飛行器上同樣的安裝有圖像采集裝置；同樣的，利用雷達測距時，也要求無人飛行器上安裝雷達。也就說本發明增加了雙目測距和雷達測距的功能，即實現計算無人飛行器與本發明所述的控制裝置距離的目的。為了達到雙目測距的功能，本發明所述的主控電路利用無人飛行器及控制裝置上的圖像采集裝置和/或雷達，所述圖像采集裝置和雷達分別可選的選擇視覺傳感器、毫米波雷達組成，實時判別障礙物和目標物，以及實時測量飛行器與障礙物和目標物之間的距離，實時對無人飛行器進行監控。
[0057]進一步，第一主控電路還連接有第一存儲電路9。本發明利用所述第一存儲電路實時存儲所述主控電路接收到的無人飛行器的飛行數據、拍攝內容、第一定位電路獲取的無人飛行器控制裝置、無人飛行器的位置、通過交互電路設置的參數數據等。
[0058]需要說明的是，本發明所述是無人飛行器控制裝置的目的在于實時獲取無人飛行器的位置，并對無人飛行器進行控制，具體實施時，還可選的控制其他具有通信電路和/或定位電路的飛行器。
[0059]如圖2所示，本發明還提供了一種無人飛行器。所述無人飛行器包括第二主控電路20、第二通信電路21、第二電源管理電路22、第二定位電路23、第二測距電路24，第二主控電路分別與第二通信電路、第二電源管理電路、第二定位電路、第二測距電路連接，其中，第二測距電路包括第二圖像采集裝置和/或第二雷達，其中，第二主控電路還可選的增加第二存儲電路26。
[0060]具體實施時，本發明所述的無人飛行器可選的利用第二定位電路獲取所述無人飛行器的位置，并接收本發明所述的無人飛行器控制裝置發送的無人飛行器控制裝置的位置，通過獲取無人飛行器控制裝置的位置為本發明所述的無人飛行器實現導航的目的。第二存儲電路實時存儲所述無人飛行器的數據以及接收到的無人飛行器控制裝置發送的數據。
[0061]進一步，第二主控電路還可選的增加自檢電路25，主控電路與自檢電路連接。本發明所述的控制裝置利用主控電路獲取無人飛行器的故障檢測電路發送的無人飛行器故障自檢信息。具體實施時，自檢電路還可選擇設置溫度傳感器，對無人飛信器的飛行氣候做全溫范圍內的溫度補償。進一步，可選的利用高精度溫補晶振(TCXO)技術。
[0062]如圖3所示，本發明還提供了一種無人飛行器控制系統。所述系統包括無人飛行器控制裝置100、無人飛行器200，控制裝置與無人飛行器通信連接。
[0063]本發明所述的無人飛行器控制裝置以及無人飛行器均設置有定位電路、測距電路、通信電路。因此具體實施時，本發明所述的無人飛行器控制裝置可以通過所述第一定位電路確定自身的位置，還能獲取到本發明所述的無人飛行器的位置，實現實時監控本發明所述的無人飛行器的目的，并引導所述無人飛行器飛行、降落。同時，本發明所述的無人飛行器也可通過第二定位電路獲取自身位置，還可能獲取本發明所述的無人飛行器控制裝置的位置，達到實時獲取地面無人飛行器控制裝置(即地面控制站)的目的，達到了隨著本發明所述的無人飛行器控制裝置的移動而改變本發明所述的無人飛行器返航到無人飛行器控制裝置處或無人飛行器控制裝置指定的位置處的目的。
[0064]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于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范圍之內。
【主權項】
1.一種無人飛行器控制裝置，用于控制無人飛行器，其特征在于，包括第一主控電路、交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路，第一主控電路分別與交互電路、第一通信電路、第一定位電路、操作電路連接，其中， 第一定位電路，用于獲取所述無人飛行器控制裝置的位置，并接收無人飛行器的位置； 交互電路，用于獲取定位電路獲取的無人飛行器控制裝置及無人飛行器的位置，并在預置的地圖上進行顯示； 第一通信電路，用于利用無人機通信頻段與無人飛行器通信，獲取無人機的飛行數據； 操作電路，用于獲取無人飛行器控制裝置用戶對無人飛行器的操作指令； 第一主控電路，用于接收操作電路獲取的操作指令并通過通信電路向無人飛行器發送，控制無人飛行器。2.根據權利要求1所述的無人飛行器控制裝置，其特征在于，操作電路包括控制接口、與控制接口連接的控制鍵，控制鍵外側包覆保護層。3.根據權利要求1所述的無人飛行器控制裝置，其特征在于，第一通信電路包括數傳電臺、圖傳電臺、3G和/或4G電路和北斗電路。4.根據權利要求1所述的無人飛行器控制裝置，其特征在于，第一主控電路還連接有語音播放電路，主控電路通過語音播放電路向用戶提示無人飛行器航行信息。5.根據權利要求1所述的無人飛行器控制裝置，其特征在于，還包括為所述無人飛行器控制裝置供電的第一電源管理電路。6.根據權利要求1所述的無人飛行器控制裝置，其特征在于，第一主控電路還連接第一測距電路，第一測距電路包括第一圖像采集裝置和/或第一雷達。7.根據權利要求1所述的無人飛行器控制裝置，其特征在于，第一主控電路還連接有第一存儲電路。8.—種無人飛行器，其特征在于，包括第二主控電路、第二通信電路、第二電源管理電路、第二定位電路、第二測距電路，第二主控電路分別與第二通信電路、第二電源管理電路、第二定位電路、第二測距電路連接，其中，第二測距電路包括第二圖像采集裝置和/或第二雷達，其中，第二主控電路還連接有第二存儲電路。9.根據權利要求8所述的無人飛行器，其特征在于，第二主控電路還連接有自檢電路。10.—種無人飛行器控制系統，其特征在于，包括權利要求1至7中任一項所述的無人飛行器控制裝置、權利要求8或9所述的無人飛行器，無人飛行器控制裝置與無人飛行器通信連接。
【文檔編號】H04N7/18GK106027996SQ201610548438
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】黃曉瑩
【申請人】南京思鈦普電子有限公司