一种无人机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机控制系统，该无人机控制系统由飞行控制装置和用户控制终端组成，用户控制终端接收来自用户的操作控制指令并向飞行控制装置发送，飞行控制装置接收来自用户控制终端的操作控制指令，并根据指令对无人机进行控制，飞行控制装置与用户控制终端之间通过无线链路进行数据交互。整个系统运行稳定，系统各模块均符合设计要求，具有成本低、体积小、质量轻、可靠性高、易操作、实用性强等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机控制系统
本专利技术涉及无人机
，特别涉及一种无人机控制系统。
技术介绍
小型无人机以其成本低廉、体积小、重量轻、机动性能强、续航时间长等特点，所以在民用领域中的使用越来越广泛。传统民用小型无人机控制主要采用单片机完成，其主要缺点是数据处理能力不足、实时性差，通常只能完成单一或相对简单的任务。微电子技术的快速发展拓展了无人机的应用领域，近年来，无人机在农业、气象、灾害监测和军事等方面得到了越来越广泛的应用。新技术的应用提高了无人机的导航性能，但上述小型无人机导航与控制主要沿用了军用无人机的设计技术，通常采用了GPS、惯导等组合导航技术，无人机质量和成本相对较高。飞行控制系统是无人机的核心。传统的小型无人机控制主要采用单片机完成，其主要缺点是运算能力弱、存储空间小、实时性差，通常只能完成一些简单的任务。基于PC机的无人机飞行控制系统是成熟的工控总线产品，以PC104为代表，配套资源丰富，自主导航、运算、存储等功能强大，但体积大、接口能力差、价格高，不易实现小型化。此外，在飞行过程中，无人机需要利用机载无线通信设备与地面站保持即时联络，由地面站的控制来完成的空中飞行，目前的数据通信链路方式包括数传电台、wifi网络以及蓝牙。数传电台的工作频率在433兆或915兆，这种通信方式是通过在无人机机载端以及地面端分别部署发送和接受模块，通信距离为1-1000米左右，因此适用于消费级飞机、航拍机、植保机等对通信距离要求不高的飞行器。无人机对安全性的要求非常高，这就对无人机的通信可靠性提出了较高的要求。如果无人机在空中飞行过程中多次出现信号中断等通信故障，表现形式为无人机瞬间失去联络，这样的故障存在着无人机因失控而坠毁的重大安全隐患。因此，如何提升无人机的通信可靠性，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提出了一种无人机控制系统，通过建立双链路机制在当前通信链路信号中断的情况下利用备份链路传输数据，使得无人机与控制器之间传输的数据保持连续性和稳定性，从而在控制成本的条件下降低了无人机断网的概率，增加无人机的通信可靠性。本专利技术所采用的技术方案如下：一种无人机控制系统，该无人机控制系统由飞行控制装置和用户控制终端组成，用户控制终端接收来自用户的操作控制指令并向飞行控制装置发送，飞行控制装置接收来自用户控制终端的操作控制指令，并根据指令对无人机进行控制，飞行控制装置与用户控制终端之间通过无线链路进行数据交互，其特征在于：用户控制终端包括控制器、操控输入单元、显示单元以及数据通信单元，操控输入单元将用户的操控输入转换成数据传输给控制器，所述数据通信单元与所述飞行控制装置中的通信模块连接，该数据通信单元包括第一通信模组和第二通信模组，所述数据通信单元将来自控制器的指令数据转发给通信模块，并接收来自飞行控制装置的无人机心跳数据包以及无人机飞行状态数据，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断是利用第一通信模组还是第二通信模组接收到的无人机飞行状态数据进行无人机调度；飞行控制装置包括电源模块、传感器模块、处理器、驱动控制模块、GPS模块以及通信模块；通信模块，用于与处理器之间数据的传输，所述通信模块包括2.4G无线通信单元和GSM无线通信单元。进一步的，电源模块，连接飞行控制装置中的各个模块，用于为飞行控制装置供电；传感器模块，与处理器连接，将测量和采集到数据发送给处理器进行处理，该传感器模块包括惯性测量单元、高度测量单元、磁航向测量单元、空速测量单元；驱动控制模块，与处理器连接，接收来自处理器的控制指令，该驱动控制模块包括PWM控制单元、驱动单元、操纵单元、电位反馈单元以及减速器单元，其中PWM控制单元、驱动单元、操纵单元顺次连接，减速器单元与驱动单元相连，并通过电位反馈单元将反馈信号传输到PWM控制单元；GPS模块，与处理器相连接，将获取到的无人机位置信息发送给处理器进行分析处理。进一步的，2.4G无线通信单元与所述数据通信单元中的第一通信模组相连，用于发送无人机心跳数据包以及无人机飞行状态数据，GSM无线通信单元与所述数据通信单元中的第二通信模组相连，用于发送无人机飞行状态数据。进一步的，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断是利用第一通信模组还是第二通信模组接收到的无人机飞行状态数据进行无人机调度具体包括：所述2.4G无线通信单元与第一通信模组之间建立第一通信链路，所述GSM无线通信单元与第一通信模组之间建立第二通信链路。进一步的，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断是利用第一通信模组还是第二通信模组接收到的无人机飞行状态数据进行无人机调度具体包括：每个所述通信链路的线程有两个标志位：线路阻塞标志位以及线路中断标志位，其中，线路阻塞标志位表示通信链路的使用状态：flag＝0表示通信链路畅通正在使用，flag＝1表示线路阻塞未使用；线路中断标志位表示通信链路实际的中断状态：abort＝0表示通信链路状态未中断，abort＝1表示通信链路中断状态。进一步的，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断是利用第一通信模组还是第二通信模组接收到的无人机飞行状态数据进行无人机调度具体包括：第一通信链路状态为flag1＝0、abort1＝0，表示第一通信链路正在使用没有阻塞，同时第一通信链路信号正常没有中断；第二通信链路状态为flag2＝1、abort2＝0，表示第二通信链路没有使用，阻塞状态，通信信号正常没有中断；当第一通信链路连续3次没有收到飞行控制装置的心跳数据包后，认为第一通信链路阻塞，同时发送中断标志给第二通信链路，启用第二通信链路，此时第二通信链路状态位flag2＝0、abort2＝0；当第一通信链路连续20次收到心跳后，认为第一通信链路恢复正常，则第一通信链路发送abort1＝0标志位，通知第二通信链路第一通信链路通畅，采用第一通信链路的通信数据，此时第二通信链路阻塞但不中断，状态为flag2＝1、abort2＝0。进一步的，无人机飞行状态数据包括无人机的位置数据、姿态数据相关运行参数。进一步的，飞行控制装置中的处理器采用TMS320C2000作为主芯片。进一步的，所述2.4G无线通信单元采用NRF24I_O1无线模块芯片。本专利技术的技术方案所能获得的有益效果包括：经过调试，整个系统运行稳定，系统各模块均符合设计要求，具有成本低、体积小、质量轻、可靠性高、易操作、实用性强等特点。附图说明图1为该无人机控制系统的组成原理图；图2为链路切换流程的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。无人飞行器整体结构包括机身、机载电子设备(导航与姿态控制等)以及起降辅助系统等，无人机对飞行器的要求不亚于小型无人侦察机。首先，小型无人机需要有尽可能大的载重比，以保证导航与控制、信息采集和能源系统的携带；其次，外形设计应合理，确保飞行安全和稳定，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机控制系统，该无人机控制系统由飞行控制装置和用户控制终端组成，用户控制终端接收来自用户的操作控制指令并向飞行控制装置发送，飞行控制装置接收来自用户控制终端的操作控制指令，并根据指令对无人机进行控制，飞行控制装置与用户控制终端之间通过无线链路进行数据交互，其特征在于：用户控制终端包括控制器、操控输入单元、显示单元以及数据通信单元，操控输入单元将用户的操控输入转换成数据传输给控制器，所述数据通信单元与所述飞行控制装置中的通信模块连接，该数据通信单元包括第一通信模组和第二通信模组，所述数据通信单元将来自控制器的指令数据转发给通信模块，并接收来自飞行控制装置的无人机心跳数据包以及无人机飞行状态数据，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断是利用第一通信模组还是第二通信模组接收到的无人机飞行状态数据进行无人机调度；飞行控制装置包括电源模块、传感器模块、处理器、驱动控制模块、GPS模块以及通信模块；通信模块，用于与处理器之间数据的传输，所述通信模块包括2.4G无线通信单元和GSM无线通信单元。

【技术特征摘要】
1.一种无人机控制系统，该无人机控制系统由飞行控制装置和用户控制终端组成，用户控制终端接收来自用户的操作控制指令并向飞行控制装置发送，飞行控制装置接收来自用户控制终端的操作控制指令，并根据指令对无人机进行控制，飞行控制装置与用户控制终端之间通过无线链路进行数据交互，其特征在于：用户控制终端包括控制器、操控输入单元、显示单元以及数据通信单元，操控输入单元将用户的操控输入转换成数据传输给控制器，所述数据通信单元与所述飞行控制装置中的通信模块连接，该数据通信单元包括第一通信模组和第二通信模组，所述数据通信单元将来自控制器的指令数据转发给通信模块，并接收来自飞行控制装置的无人机心跳数据包以及无人机飞行状态数据，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断是利用第一通信模组还是第二通信模组接收到的无人机飞行状态数据进行无人机调度；飞行控制装置包括电源模块、传感器模块、处理器、驱动控制模块、GPS模块以及通信模块；通信模块，用于与处理器之间数据的传输，所述通信模块包括2.4G无线通信单元和GSM无线通信单元。2.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于：电源模块，连接飞行控制装置中的各个模块，用于为飞行控制装置供电；传感器模块，与处理器连接，将测量和采集到数据发送给处理器进行处理，该传感器模块包括惯性测量单元、高度测量单元、磁航向测量单元、空速测量单元；驱动控制模块，与处理器连接，接收来自处理器的控制指令，该驱动控制模块包括PWM控制单元、驱动单元、操纵单元、电位反馈单元以及减速器单元，其中PWM控制单元、驱动单元、操纵单元顺次连接，减速器单元与驱动单元相连，并通过电位反馈单元将反馈信号传输到PWM控制单元；GPS模块，与处理器相连接，将获取到的无人机位置信息发送给处理器进行分析处理。3.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于：2.4G无线通信单元与所述数据通信单元中的第一通信模组相连，用于发送无人机心跳数据包以及无人机飞行状态数据，GSM无线通信单元与所述数据通信单元中的第二通信模组相连，用于发送无人机飞行状态数据。4.根据权利要求1所述的无人机控制系统，其特征在于，所述无人机心跳数据包的接收情况被所述控制器用来判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛凯，吕菲，张平华，范士领，丁小一，宋聪颖，邹子辉，
申请(专利权)人：合肥职业技术学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34