看完就知——飛行器如何射頻連接?
發布時間:2015-11-02 責任編輯:sherry
【導讀】本文著眼於一些選擇,我們有設計控製和數據鏈無人機時。它探討了發展和成熟的R / C單位,開辟了道路,並在需要的安全性,抗幹擾能力強的增加和自治一定程度時出現錯誤。
無人駕駛飛行器(UAV),俗(su)稱(cheng)無(wu)人(ren)機(ji),並(bing)不(bu)是(shi)新(xin)的(de)。愛(ai)好(hao)者(zhe)一(yi)直(zhi)在(zai)設(she)計(ji)和(he)建(jian)設(she)令(ling)人(ren)印(yin)象(xiang)深(shen)刻(ke)的(de)遙(yao)控(kong)飛(fei)機(ji),直(zhi)升(sheng)機(ji),甚(shen)至(zhi)飛(fei)行(xing)充(chong)氣(qi)鯊(sha)魚(yu)很(hen)長(chang)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)。無(wu)人(ren)機(ji)的(de)概(gai)念(nian)可(ke)以(yi)追(zhui)溯(su)到(dao)19世紀中葉,當奧地利被罰下無人,炸彈填充氣球,以此來攻擊威尼斯。後來成為當今無人機最初發展起步於20世shi紀ji初chu,它ta們men被bei用yong於yu目mu標biao的de做zuo法fa,在zai第di一yi次ci世shi界jie大da戰zhan期qi間jian的de軍jun事shi需xu求qiu已yi經jing推tui動dong無wu人ren機ji能neng力li,以yi新xin的de高gao度du和he商shang業ye利li益yi正zheng在zai尋xun找zhao在zai努nu力li,他ta們men如ru何he能neng夠gou利li用yong無wu人ren駕jia駛shi飛fei機ji訓xun練lian軍jun事shi人ren員yuan技ji術shu。目mu前qian,亞ya馬ma遜xun一yi直zhi在zai嚐chang試shi使shi用yongGPS導dao航hang到dao你ni的de位wei置zhi,使shi自zi動dong化hua交jiao付fu當dang日ri發fa貨huo無wu人ren機ji。執zhi法fa和he公gong民min當dang局ju還hai演yan示shi了le如ru何he有you效xiao的de無wu人ren機ji可ke以yi在zai諸zhu如ru搜sou索suo和he救jiu援yuan和he邊bian境jing巡xun邏luo任ren務wu。本ben文wen著zhe眼yan於yu一yi些xie選xuan擇ze,我wo們men有you設she計ji控kong製zhi和he數shu據ju鏈lian無wu人ren機ji時shi。它ta探tan討tao了le發fa展zhan和he成cheng熟shu的deR / C單位,開辟了道路,並在需要的安全性,抗幹擾能力強的增加和自治一定程度時出現錯誤。
從玩具到工具
我們都曾經有過一些接觸無線電遙控玩具,如小電動車。一個小的方向盤讓你的位置車輪和一個基本的油門讓他走了。 。jixingkaiguan,keyifanxiangzhishi。suiranyouqudeaihaoheyule,shenzhishizhegejiandandegongnengyibeizhengmingshiyigeyouyongdexiaohaoqiutanhuojiankongxitong,xianyujunshihuozhifarenyuanjinru。zuichu,wuxiandiankongzhideqiche,zhishengji,feiji,hewanju,zaidaduoshuqingkuangxia,wulunshishiyong27兆赫或49兆赫的頻率。美國聯邦通信委員會授予這些頻率用於基本消費品,如玩具,車庫開門器,對講機等。的50和53兆赫的頻率更高,如果操作員是一個特許業餘無線電操作員以更大的允許的輸出功率電平可以被使用。此外,72兆赫和75兆赫頻帶可被用於與附加通道(表1)更先進的通信鏈路。不同的國家和世界各地區允許不同的頻率和功率levels1並(bing)確(que)定(ding)哪(na)些(xie)是(shi)禁(jin)止(zhi)入(ru)內(nei)。軍(jun)方(fang)可(ke)以(yi)在(zai)危(wei)機(ji)情(qing)況(kuang)下(xia)使(shi)用(yong)任(ren)何(he)他(ta)們(men)想(xiang)帶(dai)的(de)任(ren)何(he)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping)。發(fa)射(she)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv),有(you)時(shi)在(zai)口(kou)授(shou)瓦(wa)特(te),但(dan)是(shi)更(geng)精(jing)確(que)地(di)由(you)有(you)效(xiao)輻(fu)射(she)功(gong)率(lv)測(ce)量(liang)2.調製技術可確定的互操作性來表示。例如,在 27兆赫和49兆赫頻帶,隻有一個27 MHz單元可以在靠近另一操作。同樣的49兆赫。串擾導致每個單元的幹擾。
表1:常見的渠道和頻率的無線電控製。信道的數目也是一個限製因素。通常情況下,6信xin道dao用yong於yu一yi個ge簡jian單dan的de玩wan具ju。這zhe是shi前qian進jin,後hou退tui,前qian進jin,左zuo,前qian右you,後hou,左zuo,右you後hou。正zheng如ru你ni所suo看kan到dao的de,玩wan具ju都dou不bu是shi很hen準zhun確que,這zhe就jiu是shi為wei什shen麼me它ta需xu要yao一yi些xie發fa達da的de技ji能neng飛fei的deR / C飛機和直升機。此外,無線電遙控玩具使用時間對準脈衝編碼格式(圖1)。zhelideshixibeifenpeigeimeigexindao。ruguoyigeluojizhiyijiushicunzaiyuweideweizhi,tashijijiqieyidakai。tongyangdi,ruguomeiyouweizaigaishijiandian,tachuyuguanbizhuangtai。monidianpingkeyibiaoshizhezhongfangshi,tongguogaibianmaichongkuandu。quefamaichongkenengshiquanguan,eryigewanzhengdezhankongbikeyizhishiquankai。zhijiandeshuipingduiyingyumaichongdezhankongbi。

圖1:標準脈衝碼調製技術無線電控製允許多個頻道以通過在該信道相關聯的時隙的脈衝的存在或不存在來控製。
脈mai衝chong寬kuan度du可ke用yong於yu表biao示shi的de模mo擬ni電dian平ping。較jiao高gao頻pin段duan不bu傳chuan播bo,隻zhi要yao做zuo較jiao低di頻pin率lv信xin號hao,但dan是shi,也ye有you使shi用yong較jiao高gao頻pin帶dai更geng多duo可ke用yong的de頻pin道dao。這zhe意yi味wei著zhe,互hu操cao作zuo性xing是shi可ke行xing的de,有you點dian可ke靠kao的de時shi候hou,說shuo,十shi幾ji無wu人ren駕jia駛shi飛fei機ji都dou使shi用yong2.4 GHz頻段,由於擴頻技術(這也使得相比,窄帶調幅和調頻較高的發射功率電平)。這(zhe)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)克(ke)服(fu)遠(yuan)距(ju)離(li)無(wu)人(ren)機(ji)距(ju)離(li)的(de)問(wen)題(ti)。較(jiao)低(di)頻(pin)率(lv)有(you)表(biao)麵(mian)的(de)更(geng)好(hao)的(de)滲(shen)透(tou),然(ran)而(er),所(suo)以(yi)對(dui)於(yu)非(fei)空(kong)中(zhong)遙(yao)控(kong)較(jiao)低(di)的(de)頻(pin)率(lv)可(ke)能(neng)是(shi)理(li)想(xiang)的(de)。例(li)如(ru),照(zhao)相(xiang)機(ji)流(liu)動(dong)站(zhan)雄(xiong)蜂(feng)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)建(jian)築(zhu)物(wu)內(nei)找(zhao)到(dao)罪(zui)犯(fan)和(he)人(ren)質(zhi)。從(cong)牆(qiang)壁(bi)和(he)隔(ge)間(jian)的(de)幹(gan)擾(rao),即(ji)使(shi)是(shi)2.4 GHz無線網絡陣列,可能使部分像Silicon Labs的EZRADIO係列有用。如315-915 MHz的Silicon Labs公司SI4313-B1-FM或240-960 MHz的SI4330-B1-FM配件提供高達128千位/秒的還算不錯的數據傳輸速率。雖然不是高清晰度,實時視頻功能;控製,遙測,數據采集和傳感器接口非常適合應用這些速率。的-118 dBm的一個很好的信號靈敏度意味著,即使是微弱的信號將是可用的和設計師們的調製技術,他們可以從中選擇,包括FSK,GFSK和OOK調製的選擇。一個特別好的功能是其範圍從2.6千赫至620千赫可編程帶寬。這使設計人員能夠選擇信道寬度和間距,可以讓更多的渠道(互操作性)和窄帶較輕的任務(如油門或轉向,這通常發生在低數據速率)。低功率為10nA關斷電流是良好的非活動期間,和一個內置的RSSI甚至可以發送回控製點根據需要進行動態調整發射功率。另一個優點是,小(4毫米×4毫米)的20引腳部件具有跳頻能力和混合信號功能,以及一個內置的低電池檢測器和溫度傳感器。即使是規模較小的是 315兆赫 - 917 MHz的Silicon Labs公司SI4356-B1A-FM采用3毫米x 3毫米大小的包。 Silicon Labs公司還提供了太陽能能量采集開發套件,能量HARVEST-RD演示如何將這些低功耗(12 mA)的接收器鏈接可以提取足夠的能量,以保持命令通道還活著,而其獨立的電源充電。
小型化是關鍵
這些天,任何人都可以使用商用現有的技術(COTS)做(zuo)一(yi)個(ge)相(xiang)當(dang)複(fu)雜(za)的(de)無(wu)人(ren)機(ji)。遠(yuan)程(cheng)控(kong)製(zhi)連(lian)接(jie),可(ke)愛(ai)好(hao)和(he)行(xing)業(ye),已(yi)經(jing)發(fa)展(zhan)到(dao)提(ti)供(gong)清(qing)潔(jie)性(xing)能(neng),遙(yao)感(gan)功(gong)能(neng)的(de)點(dian),甚(shen)至(zhi)流(liu)媒(mei)體(ti)視(shi)頻(pin)和(he)音(yin)頻(pin)。現(xian)代(dai)組(zu)件(jian)使(shi)這(zhe)些(xie)子(zi)係(xi)統(tong)小(xiao)。普(pu)通(tong)公(gong)民(min)現(xian)在(zai)可(ke)以(yi)有(you)一(yi)點(dian)點(dian)的(de)間(jian)諜(die)無(wu)人(ren)機(ji)巡(xun)邏(luo)自(zi)己(ji)的(de)房(fang)子(zi),如(ru)果(guo)他(ta)們(men)選(xuan)擇(ze)。即(ji)使(shi)是(shi)袖(xiu)珍(zhen)無(wu)人(ren)機(ji)已(yi)經(jing)建(jian)立(li)。更(geng)高(gao)頻(pin)率(lv)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)允(yun)許(xu)更(geng)寬(kuan)的(de)帶(dai)寬(kuan)。 2.4 GHz頻率有1兆赫寬的信道,允許低於49 MHz頻段的隻有15qianhefanweineidetongdaogenggaodeshujusulv。zheshideshujuhuokongzhideduanmaichongchuan,bingyunxudaiyouzhibodeyinpinheshipinhucaozuoxing。xiaoxinghuashidangjinwurenjiguanjian。jiandandedipinlvdewuxiandiankongzhilianlukeyishifeichangxiaoerqing,yinweitamenkeyizhishiyongjigejingtiguanlaishixian。yucixiangfan,fuzadekuopindiantaishijiyuweikongzhiqi,bingyutamenjinxingfuzadeshuziwuxiandiandesuoyouzhichidianluhegonglvyaoqiu。jiaogaopinlvcaozuo,danshi,yunxushiyonggengxiaodeRF分立,諸如電感器,阻抗匹配組件和天線。 2.4 GHz頻pin段duan也ye已yi被bei大da多duo數shu無wu線xian電dian遙yao控kong愛ai好hao者zhe和he更geng貼tie切qie,無wu人ren機ji製zhi造zao商shang。是shi的de,你ni可ke以yi買mai到dao相xiang對dui複fu雜za的de無wu線xian電dian控kong製zhi的de無wu人ren駕jia駛shi飛fei機ji,現xian在zai,他ta們men使shi用yong的de2.4 GHz無線電。這意味著,大量的單芯片接收器,發射器和收發器可以規劃自己的設計時,都是公平的遊戲。數的2.4 GHz方案很容易,以及也可以是頻帶限製。例如,繁忙的無線網絡連接的ZigBee,藍(lan)牙(ya),甚(shen)至(zhi)是(shi)藍(lan)牙(ya)低(di)功(gong)耗(hao)方(fang)麵(mian)可(ke)能(neng)會(hui)限(xian)製(zhi)信(xin)號(hao)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing),以(yi)及(ji)限(xian)製(zhi)發(fa)送(song)功(gong)率(lv)電(dian)平(ping),以(yi)實(shi)現(xian)最(zui)大(da)的(de)距(ju)離(li),特(te)別(bie)是(shi)如(ru)果(guo)有(you)人(ren)使(shi)用(yong)有(you)源(yuan)幹(gan)擾(rao)。所(suo)有(you)的(de)關(guan)鍵(jian)數(shu)據(ju)必(bi)須(xu)得(de)到(dao)承(cheng)認(ren)和(he)ACK / NACK既定的協議可以確保數據包在條件許可的無差錯傳輸。此外,現代的2.4 GHzdexieyijuyoujiaogaodedaikuanshujusulvhekeyunxudeyinpinheshipinliudedulidekongzhilianlu。liru,butongdezhizaoshangdeyinpinheshipinlianjiekeyiyuzaibutongdexindaokongzhihezhuangtaixinxibingfaliu。guanjiandeyidianshi,Wi-Fidepingbandiannao,zhinengshouji,bijibendiannaohebijibendiannaodekeyongxingkeyishizhexiepinduankequde,yinweiyigekekaohedichengbendekongzhipingtaishixianchengdedaduoshuzhinengshouji。yigeyingyongchengxukeyishinidekongzhiqi。 ZigBee的遙控器,也可以用作低成本的測試器。的ZigBeedewangzhuanglianwanggongneng,haitigongleyigelianghaodejiejuefanganshi,jiaotongyongjishiyigewenti。zhongcai,luyou,hexinxifasongxitongbeishejiweishiyongqitajiedianzuoweichufadian,yizhaodaoyigetedingdemudedideluxian。yigehaodejiejuefanganzaizhelikeyishiaitemeierAT86RF231夙,這是一個小的 32引腳專用收發器,可用於700,800,900兆赫和2.4GHz的設計。 Atmel的ATREB231FE2-EK參考設計是一個良好的開端。請記住,一如既往,RF PCB布局可能會非常棘手。
這是很好的為王
雖sui然ran政zheng府fu機ji構gou和he軍jun事shi團tuan體ti在zai任ren何he他ta們men想xiang要yao的de頻pin段duan,采cai用yong大da的de權quan力li,因yin為wei他ta們men想xiang要yao的de,並bing采cai用yong擴kuo頻pin技ji術shu來lai悄qiao悄qiao並bing存cun,非fei授shou權quan的de產chan業ye和he人ren民min沒mei有you相xiang同tong的de能neng力li的de奢she侈chi品pin。相xiang反fan,我wo們men被bei限xian製zhi的deR / C波段和ISM頻段。其他人可以通過許可使用。當它宣布30,000無人機在使用了美國大陸,盡管許多人感到驚訝,我們可以預期這個數字迅速增長,特別是執法采用了這種技術(圖2)。
duiyuyanzhongderenwu,weixingrengrantigongtoubaoshizuihaoxuanzedamianjideyouzhenduixingde。erangguidecaozuo,yigeweixinglianlukeyishidedaodeshixian,binghuodexinhaotongguodeweiyifangshi。lingyigeyinsuyaojizhudeshi,zizhuxingyidingchengduyinggaijinxingbiancheng。ruguonishiqukongzhideshijianhenduan,wurenjiyinggaijinruanquanmoshi。yucixiangguandeshiliyongGPS模(mo)塊(kuai),讓(rang)您(nin)的(de)無(wu)人(ren)機(ji)跛(bo)行(xing)回(hui)家(jia),如(ru)果(guo)一(yi)切(qie)都(dou)失(shi)敗(bai)了(le)。無(wu)人(ren)機(ji)是(shi)生(sheng)活(huo)中(zhong)的(de)事(shi)實(shi),以(yi)及(ji)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)會(hui)。我(wo)們(men)正(zheng)在(zai)進(jin)入(ru)一(yi)個(ge)個(ge)人(ren)的(de)無(wu)人(ren)駕(jia)駛(shi)飛(fei)機(ji)市(shi)場(chang)中(zhong)合(he)法(fa)的(de)私(si)人(ren)和(he)商(shang)業(ye)用(yong)途(tu),以(yi)及(ji)執(zhi)法(fa)和(he)軍(jun)事(shi)用(yong)途(tu),肯(ken)定(ding)會(hui)加(jia)快(kuai)的(de)第(di)一(yi)階(jie)段(duan)。有(you)關(guan)本(ben)文(wen)中(zhong)討(tao)論(lun)的(de)部(bu)件(jian)的(de)更(geng)多(duo)信(xin)息(xi),請(qing)提(ti)供(gong)訪(fang)問(wen)的(de)Digi-Key詢問網站產品頁麵的鏈接。
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