多旋翼无人机通信系统的设计与实现研究

张洪健　高凯　黄义波　孙梓航　张益

摘要：通信系统是多旋翼无人机系统当中一个十分重要的组成部分，通信系统在性能方面的逐渐完善对无人机各项性能的提高具有非常大的作用。本文为了实现多旋翼无人机跟地面站之间的可靠稳定无线通信，设计出一种针对多旋翼无人机系统的点对点通信系统。

关键词：多旋翼无人机；通信系统；设计；实现

1 通信系统设计

1.1 系统设计方案

无线通信系统结构如图一所示。地面站在利用点对点模块实现数据发送的过程当中，点对点模块模块Hc06对数据加以接收，同时经由串口传输至发送模块当中的单片机中，然后把数据传输给数传芯片Si4432实施编码，继而以一种特定格式进行发送。而在接收模块收到了信号之后，针对射频信号加以行放大以及解调，然后把数据发送到C8051F930单片机当中加以处理，最终利用串口传输到多旋翼机载平台之上。在机载平台对数据加以发送的时候，利用上文所说的通信链路逆向传导也能让数据传输到地面站。

1.2 对系统硬件的选择

本文选择的数传模块是无线数传芯片Si4432，有频段较多、功耗较低以及集成度较高之类的特点。该芯片输出的功率能够达到+20 d Bm，而接收的灵敏度也能达到121 d Bm。为实现设计风险的降低，以及开发进程的加快，选择点对点模块模块应用我国汇承科技的Hc06模块，该模块利用了BC417 点对点模块芯片，同时应用的V2.0协议标准。电压是3.33.6V，尺寸是27 mm*13 mm*2 mm，电流不超过50毫安。

2 软件和硬件的设计

在对软件加以设计的时候，在状态转换方面我们碰到了转换失败的情况，主要是因为数传Si4432在状态转换只前应该进入挂起状态之后等待15ms。在进行通信之前一定要先对点对点模块Hc06波特率加以设置，继而让它跟数传Si4432保持一致。

2.1 硬件

①对于整个PCB板都要覆地铜，从而降低辐射。Si4432芯片中的外围元件应该应用体积比较小的0402封装贴片器件。电感是当中最为关键的一个部分，要选择精度更高的电感。②数传Si4432芯片的扼流电感LC要尽可能贴近Tx引脚。继而并联在RX_N以及RX_P上的电感LR要跟LC实现垂直形式的布局。Tx通道上面的电感 LM、LH以及LO 要确保互相垂直，从而以降低耦合。而且PCB板上面其它的走线也要避开Tx/Rx区域，以防形成耦合效应。③为使滤波性呈现得更好，滤波电容要尽可能跟管脚贴近。在电源的接入端应该增加去耦电容，同时与Si4432芯片靠近。

2.2 软件

①在对数传Si4432进行初始化的时候，要先对空闲状态加以设置。②数传 Si4432能够实现发送跟接收的转换，不过在转换以前应该进入挂起状态，大于 15ms以后进入发送（接收）的状态。③数传Si4432当处在低功耗的模式之下的同步字检测发生中断，就非常容易被一些其它的无线电波所干扰，继而触发，所以设置同步字应该是34位，而且打开检测超时，PRABL的设置是20位。④对C8051F930单片机进行了初始化以后，在应用UART口发送AT指令给Hc06模块，

从而对波特率加以修改至跟Si4432相同，本文所设计的系统默认设置是115 200 bps。下图为软件设计的流程图。

3 系统的测试以及分析

为了对通信系统设计所具备的可靠性加以验证，进行六组通信实验。空旷地的通信距离大概是一千五百米的时候，六组各自工作430MHz、431MHz以及432MHz等六个中心频率之上，而带宽选择常用的串口通信频率，对三千个数据包加以发送，结果如图三所示。

4 结语

经分析得知，在系统传输速率比较低的时候误码率是0。在传输速率比 115 200 bps大的时候，则具有一定误码率，但是比较低。所以说本文所提及的无线通信系统的传输距离能够达到1.5千米以上，而且出现的误码率也比较低，可以应用在多旋翼机的载平台跟地面站之间的通信上。

参考文献：

[1]施洪平，李志宇，徐义华.基于点对点模塊和数传模块的小型四旋翼无人机通信系统设计[J].电子设计工程，2016，（17）：8184+89.