新型机操电子飞控系统通信接口技术研究
New UAVoperated electronic flight control system—Research on communication inteface technology
摘
着国机众研究领域广泛发展应已越越高求期控制理系统机企业间信号进行接口信号数传输越越受社会重视新型机基四旋翼机创新通信接口数传输速度直接影响机控制遥控飞行返回数信息新型机操飞控系统子系统体搭配遥控终端通信系统飞行状态显示终端子系统组成通信接口设计需具备定数传输速度稳定性接收机传回数课题问题研究发展背景提出
基四旋翼机通信接口技术研究基础文通网图书馆查阅国外科技文献充分解关直升机操原理相关通信技术应电子控制技术研究现状根电子控制系统整体结构求确定合适数通信协议研究协议关键技术进行相应时序仿真系统(软件)设计提供指导意见特注意保持负责子系统设计学间紧密接触技术相互沟通合作保证子系统间数通信畅
关键词:新型机串口通信通信协议飞控系统
Abstract
With the extensive development and application of China's drone in many research fields people have higher and higher requirements and expectations for it More and more social attention The new UAV is based on the innovation of the fourrotor UAV The data transmission speed of its communication interface directly affects the control of the UAV and the data information returned by the remote control flight The new unmanned aerial vehicle flight control system is composed of the smallest subsystem as the main body with remote control terminal communication system and flight status display terminal subsystem Therefore the design of the communication interface needs to have certain data transmission speed and stability and can receive the data uploaded by the drone This topic is proposed in the context of our research and development of this issue
Therefore based on the research on the communication interface technology of the fourrotor UAV this article consults domestic and foreign scientific and technological literatures through the Internet or library to fully understand the research status of unmanned helicopter control principles related communication technology applications and electronic control technology After determining the appropriate data communication protocol according to the overall structure requirements of the electronic control system study the key technologies of each protocol and perform corresponding timing simulation to provide guidance for system (software) design Special attention should be paid to maintain close contact with the students responsible for the design of other subsystems and communicate and cooperate with each other technically to ensure the smooth communication of data between the subsystems
Key WordsNew UAVSerial communication communication protocolFlight control system
目录
第章 绪 1
11前言 1
12 研究现状 1
13 文研究容 2
第二章 关通信接口通信协议 3
21 通信接口 3
211行通信 3
212 串行通信 4
22通信协议 4
23 通信接口通信协议关系 5
第三章 关串行通信 6
31 串行通信通信方式 6
311步串行通信方式 6
312 异步串行通信方式 6
32 串行通信数传送方式 7
321单工方式 7
322半双工方式 8
323 全双工方式 8
33 波特率 9
34 串行通信检错纠错 9
35 奇偶校验 9
36种常串行通信接口 10
361 RS232串口 10
362 USB接口 12
363 SPI接口 13
第四章 通信接口设计 16
41 线串口设计 16
411 Si4432线收发器件功描述 17
412 串口设计思路 18
413控制接口 18
414 引脚描述 19
42 WIFI线模块接口设计 20
43 通信协议 20
431 S232协议 20
432 SPI协议 20
第五章 总结展 22
51 工作总结 22
52 未展 22
参考文献 23
致谢 24
第章 绪
11前言
机飞控技术受全球科学家追捧喜爱驾驶飞行器简称机英文简称UAV机远程线遥控终端身程序设备构成机机体单片机备程序控制装置进行线电遥控设备等设备组成飞行器途覆盖方面通遥控系统进行收集科学数工程建设质勘探救援行动电力巡线农业防护防治影视拍摄等行动方面起作飞行器开发推动世界发展脚步极降低方面原成够某种程度保证员生命安全常见驾驶飞行器分旋翼固定翼直升机成低廉操作简单空中悬停优势活跃行业中时活跃生活中旋翼中四旋翼机画等号新型机旋翼机体积较然旋翼轴市面常见四轴机空中悬停运动够垂直稳定起降稳定性弱市面旋翼机实施种种务行动
新型机操飞控系统子系统体搭配遥控终端通信系统飞行状态显示终端子系统组成基四旋翼机通信接口技术研究基础文通网图书馆查阅国外科技文献充分解关机操原理相关通信技术应电子控制技术研究现状根电子控制系统整体结构求确定合适数通信协议研究协议关键技术进行相应时序仿真系统(软件)设计提供指导意见特注意子系统设计学保持密切联系技术相互沟通相互配合保证子系统间数通信畅
12 研究现状
着物联网快速济发展正逐渐步入需量数时代量数涌现出生活带便利时会激发数处理着更高更需求会企业数处理力着更高需求高性处理器集群够完成相关数实时进行处理通信接口技术完成处理器外设处理器处理器间数传输通信接口技术研究逐渐达需突破关口
回首通信接口技术发展历程实际初研究通信接口低速串行接口作传输数数传输速度较慢提高数传输速度增加数传输位宽提高数总宽带数传输速率提高种接口逐渐取代传统低速串口便行接口种接口然传输速度传统串行接口快许限制越越明显着高速串行接口技术出现接口总带宽显著提高存优点足取代时行端口成流
前计算机通信技术种类繁中重通信技术便通信接口技术通信接口技术便够程度实现远程通信生活带更方便意义优势仅仅精确方便够应领域够起非常广泛控制作未发展中单片机通信技术会更加智完善逐渐发展起单片机通信技术会提供更高效快速统全球性通信环境
13 文研究容
文课题围绕着系统子系统间通信信号信号接口展开研究容包括方:
(1) 研究通信接口技术
(2) 线串口设计
(3) WiFi线模块接口设计
第二章 关通信接口通信协议
21 通信接口
通信接口指中央处理器标准通信子系统间接口通信接口种类种样应种领域中起应重作种类分行通信接口(简称口)串行通信接口(简称串口) MODEM接口RS232串口RS485422串口USB接口通外围电路Internet网络芯片等属通信接口
211行通信
行通信行数信息通信传输方式:字节单位需816根数线根公线通信双方联络控制线位需通数线连接行通信方式传然送速度快控制简单传输线数量较种通信方式抗干扰力极差传输线数量较果长距离传送话成会较高进行通信双方位时发送存较困难距离较短数传送
图1示该通信系统八根数总线果想发送设备次传输八位数接收设备该通信系统仅需连接八根算数线需连接数根控制信号线
图 1 行通信
212 串行通信
串行通信串行数进行传输种基位作单位串行通信方法通传输线位位传输数种数传输方法需条数线条公信号线干条控制信号线次传输特字节数必须少传输八次完成字节数[7]正图2示
串行通信两根导线连接设备组成控制网络通数传输特征需较少信号线具定抗干扰力进行远距离数传送
图 2 串行通信方式
串行通信必工程:通计算机系统部数总线行发送相关数时侯需第时间行数转换成串行数传传输线接收相关算数时相反行数会转换串行数传传输线该计算机系统处理处理接收数正串行通信传输线路少长距离传输数会消耗较低成种数传送方式数传输控制行通信变更复杂
22通信协议
通信协议指双方实体完成通信时必须遵循约定规称作通信规程协议统数格式传输速度信息单元包含信息含义连接方式步骤信息发送接收时序检纠错方式控制字符定义确保网络中数传送相应方
两计算机执行通信间通信协议必须通信协议相形成计算机间进行通信通语言够识相传互递信息计算机间进行通信时通讯协议统性意义重果没统通信协议计算机间会失间进行交流语言便实现计算机间通信功
串行通信协议通信设备通通信协议需远程获取数采集设备时串行通信协议通信双方间必须时遵守约定
23 通信接口通信协议关系
果两设备想通信必须首先具相设备接口者转换相接口举例子位农户家养鸡头猪鸡猪物种间法互相进行传递信息里物种指通信接口处忽略转接口果两台设备具通信接口够通讯具相接口前提举例子会俄语俄国会英语美国会语言合造成法沟通里语言指通信协议果想进行通信两设备必须具备两条件
(1)相通信接口者转成相通信接口通信接口
(2)该设备支持相通讯协议
第三章 关串行通信
31 串行通信通信方式
311步串行通信方式
步串行通信方式指相数传送速率发送端接受端通信频率保持严格步
图 3 步通信数帧格式
步串行通信方式数帧格式图4示起始标志两步字符(简称SYN)作单独数帧中间N连续传送数接着两字节循环冗余校验码(CRC)[14]
该通信方式进行通信时需起始位停止位提高数传送速率作批数需传输时发送器接受器造价成低
312 异步串行通信方式
异步串行通信传递信息期间会字符作单位字符字符间相隔距离没限制字符间信息通异步方式传递子符部信息传递方式相反位步字符中特位长度限制 异步串行通信通信时需接收时钟发送时钟差图4
异步通信发送信息数情况数信号线会总呈现出高电工作状态种状态称空闲时间状态(MARK状态)
图 4 异步通信字符帧格式
异步通信中起始位0首先发送然低高位发送数该数发送完会通检验位数发送停止位1表示步骤信息已发送
特点求进行收发双方时钟完全达致条件难实现设备理开销字符附加23位作起始位校检位停止位帧帧间信息传输造成定影响甚会出现间隙传输方式会两块单片机间
32 串行通信数传送方式
321单工方式
单工模式中时间数发送器端传送接收器端实现双运输图5示中A作发送器B作接收器数发送器A传接收器B接收器B传发送器A举例:电视广播等
图 5 单工方式
322半双工方式
半双工模式中通信装置发射机接收机组件组成条者传输线该模式然允许两方传输数够时传输数分时进行半双工模式种够切换数运输方单工通信方式工作时间方够发送接受数信息实现双通信图6示开关S1闭合时数左边设备传输右边设备开关S2闭合时数会右边设备传输左边设备举例:讲机
图 6 半双工方式
323 全双工方式
全双工通信前面两种数传输方式该系统端会接收器发送器连接接收器发送器通常会两两传输线该通信方式相两种单工通信合种通信方式必须独立发射接收功配发送装置接收装置时间接收发送装置实现双步新图7示两独立发射器接收器 时A B 发送数B A发送数实现全双工模式时生活中离开手机
图 7 全双工方式
33 波特率
波特率调制率指效数信号调制载波速率波形秒振荡数进行测定单位b sBPS(位秒)仅重指标参数作测量串行数传输速度作传输信道频宽指示
34 串行通信检错纠错
串行通信中数验证非常重通信程中数传输时受种影响导致出现错误时数验证进行检错然发现数传输程中发生错误时采取措施纠正错误串行通信中数验证非常重通信程中受程度噪音时发生数传输程中错误时找出错误纠正错误
35 奇偶校验
串行通信程中数出现错误时采奇偶校验检测发送数时添加奇偶位01发送数位位偶校验检验传输数程没发生错误时数传输正常时数位中1总数目奇偶校验位1总数目应该偶数果奇数奇偶校验应确保数位中1总数目奇偶校验位1总数目奇数
36种常串行通信接口
361 RS232串口
图 8 RS232
刚开始时候远程数终端设备DTE连接通信数通信设备DCE制定出rs232接口标准25引脚DB25连接器设备标准预定连接器信号引脚电容该通信接口传输数速度达507510015030060012002400480096001920038400波特秒RS232总线标准着包含通道辅助通道等25条信号线通信距离会受电容局限
图 9 9针RS232串口(D89)
电气特性:
图 10 S232电器特性
缺点:
(1)RS232接口信号电值偏高接口电路芯片会损坏
(2)传输距离会受限制
(3)会产生模干扰导致抗噪声干扰性较弱
(4)传输速率低异步传输时波特率仅20kbps
362 USB接口
3621简介:
通串行总线(简称USB接口)数传输熟悉接口USB接口种输入输出接口技术规范连接计算机系统外部设备种串口总线标准USB接口四种数传输方式定义见图表
图11 USB接口数传输方式
USB接口应日益广泛通常应计算机周边外部设备连接通信支持手机鼠标键盘数码相机印机等设备USB接口作机操作系统WiFi模块芯片进行数通信纽带WiFi通信技术般会采USB接口作传送数通信接口WiFi模块接收数程中相应USB接口会进行读取数
3622 特点
(1)该接口数信息传输程较稳定总线控制协议规定发送相关数时侯需带包含发送方终止标志三描叙数分析类型USB设备址数包该设备发送数程中正常进行侦错数纠错数
(2)设备供电线路中着2根电源线2根数线
(3)时连接USB接口设备
(4)数传输速率更快速USB接口部分串口约快千倍口约快百分五十标准速率12MpsUSB20高达480MpsUSB31甚达10Gbts
(5)支持热插板设备开机情况时够安全断开设备者连接设备插提高便捷性
363 SPI接口
3631 简介:
SPI 接口指串行外围接口 SPI通信接口高速步双全工式接口通信总线数传输双速度达Mbps
SPI应方面图12应通SPI接口进行通信
图12 SPI接口相关应
3632 特点:
(1)作机者机工作
(2)数传送方式全双工
(3)写入突保护
(4)编程时钟时提供频率等
3633 接口信号
SPI接口工作方式方式通常包含器件器件SPI接口包括图四种信号(图13示):
图13 SPI接口信号
图14 含机机SPI配置
3634 工作方式
SPI四种工作方式:
图15 SPI工作方式
中CPOL指时钟极性选择CPHA指时钟相位选择SCK指串行时钟线
图16 时钟变化SPI接口影响
四种工作方式时序分:
SPI1工作工作方式:
图17 CPHA0CPOL0时时钟时序图
SPI2工作工作方式:
图18 CPHA0CPOL1时时钟时序图
SPI3工作方式:
图19 CPHA1CPOL0时时钟时序图
SPI4工作方式:
图20 CPHA1CPOL1时时钟时序图
第四章 通信接口设计
41 线串口设计
该线串口设计连接新型机机遥控终端通信连接实现遥控终端新型机机体飞行控制该设计采种稳定性较高功率损耗较低线数收发模块该模块相线遥控模块具尺寸较灵敏度较高够实现远距离数传送速率较快该模块部系统够动工作完成通信数发送接收通信协议转换该模块si4432线模块型天线等构成
图表 21 模块脚定义图
图表 22 模块设备连接说明图
411 Si4432线收发器件功描述
Si4432款高集成度单芯片线收发器件支持GSKK调制方式低功率频段240—930MHz间意连续调控调功率高达+20dBm保证拥较信号传输范围较强穿透力该模块工作电压范围仅18~36V电流消耗较低低优点足作新型机飞控系统信号数传输理想通信模块
Si4432模块交传输接收数包进行分时双工收发数时数传输率高达256kbps防止频谱散射单端PA会连接精简外围突发信号进行斜升斜降 该模块新型机飞控系统着易调频控制收发器切换控制空间分集切换控制等显著优势
412 串口设计思路
图 23 线串口设计思路
图示该电路Si4432MCU天线动元件组成Si4432芯片集成电压调节器工作电压范围18~36V4针SPI接口MCU连接更方便调整系统需配置三通IO口
413控制接口
逻辑控制模块SPI操作配置包括第四输出引脚16位机数1位读写(RW)选择位部寄存器中读取数
图16示7位址段支持模块进行数读出写入8位控制寄存器SPI动作RW选择位决定进行写读动作8时钟周期容会锁定入数字模块
图 24 SPI动作图
414 引脚描述
图表25 引脚功表
42 WIFI线模块接口设计
新型机需飞行状态传输飞控系统中飞行状态显示终端子系统考虑视频传输占带宽较 保证实时画面时传输控制中心次设计特意视频传输线串口传输中抽出启外USB接口利WIFI进行传输
43 通信协议
431 S232协议
次毕业设计运R232者R485协议作新型机系统PC机间通信新型机系统stm32f103c8t6单片机设计系统PC端通USB转串口stm32f103c8t6单片机相连编写数算法通USB转串口传单片机
432 SPI协议
SPI串行全双工步基字符通道四线外围接口应机系统线遥控间通信处理器片IO功存储器足供系统时SPI扩展IO功需34条线够扩展IO口功
SPI协议编程模式模式支持支持模式支持模式相应时钟编程
SPI协议四线步通讯协议四条信号线 MISO MOSISCLKSPISEL图19
图 26 SPI协议信号线
设备通讯时会SPI协议初始化模式者模式SPI初始化成模式时SPI便会产生模式SPI信号步时钟信号SPI初始化模式时SPI接受外部步时钟信号
第五章 总结展
51 工作总结
文研究新型机飞控系统通信接口设计通线模块设置实现遥控终端机控制机飞行状态反馈显示终端双信号传输
WIFI传输速度快方式视频等信号进行单独传输Si4432组成电路构成线模块信号进行传输程度保证信号时发出时接收
项目完成调试成功需花费量时间精力通次通信接口技术学认识通信接口单片机通信重性次设计调试结果Si4432线收发系统实现飞控系统间通信
52 未展
具体设计时充分结合现学通信接口知识实现新型机飞控系统通信
线通信技术发展带越越机遇线通信未通信接口技术发展重环
着5G信号出现通信技术次进步提升5G技术运新型机飞控系统保证飞机正常飞行功拍摄外代类完成难完成危险事情甚机器技术结合起开发出智型设备通信接口技术创新突破点
着物联网快速发展进入数时代会数处理提出更高需求通信技术断发展未通信接口技术求会越越高
时间里基础通信接口做进步研究通信接口设计实现更稳定更远信号接收
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