基于无人机的无线动态数据传输系统总体设计

2018-04-11郑州航空工业管理学院航空工程学院王正鹤李仁凤焦振振

电子世界 2018年6期

关键词：电源模块陀螺仪温湿度

郑州航空工业管理学院航空工程学院王正鹤李仁凤焦振振

1 引言

近年无人机在人类社会生活中发挥的作用日趋显著，广泛应用于农林药物喷洒、森林防火、地质测绘、航拍救援等。无人机功能和应用的扩展，对其无线动态数据传输系统提出了较高要求。本文基于无人机设计无线动态传输系统，并对其进行性能测试分析。

2 总体设计方案

对无线动态数据传输系统进行模块化设计，以简化系统硬件的设计过程，缩短无线传输系统的研发周期，降低综合成本低，确保性能安全可靠。

无线动态数据传输系统主要由发射结构和接收结构组成。其中，发射结构中空中发射系统MPU与陀螺仪模块、高度气压计模块、温湿度传感模块、电源模块、无线通信模块和其他相关模块实现数据传输，如图1所示。接收结构中，地面接收系统MPU与人机显示模块、预警模块、电源模块和无线通信模块实现数据传输，如图2所示。陀螺仪模块采集飞行姿态的数据；高度气压模块测量飞行高度和气压；温湿度传感模块测量飞行环境的温度与湿度；电源模块为系统CPU提供所需的电能；无线通信模块完成数据的无线传输及其他数据模块满足不同的系统要求。

图1 发射结构

图2 接收结构

无线动态数据传输系统通过电子元件模块采集飞行数据，并实时传送到地面站，加强人机通信。在一定的距离范围内，对空中飞行的无人机进行控制监视，拓展无人机的服务范围。表1为无线动态数据传输系统各模块的具体选型。系统处理芯片选用32位的增强型微型控制器工作性能稳定、功耗低、运算处理速度为72MHz的STM-32F103CBT6单片机，其工作环境温度为-45℃～105℃；陀螺仪模块选用灵敏度高、集成了数字温度传感器和数字运动处理器且具有低功耗和高抗撞击能力的MPU6050模块；高度气压模块选取体积小、精度高、功耗低、压力测量范围在30～110 kPa的BMP180压力传感器模块；温湿度传感模块选用功能齐备DHT11数字温湿度传感器和精度高、测量范围宽广的DS18B20数字温度传感器，采用单线接口连接电路实现两款传感器的切换；电源模块采用AMS1117高效线性稳压器；无线通信模块功耗低、实用性较强、可以远距离、安全可靠的传输数据的NRF24L01模块；人机显示模块采用2.4寸的薄膜晶体管液晶显示器TFT-LCD模块；预警模块采用LCD灯和有源蜂鸣器进行声光的报警；系统下载电路高速下性能可靠的SWD下载模式。