本發(fā)明涉及無人機通信領(lǐng)域，尤其涉及基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在信息化的當代社會，隨著微機電、微電子和微導(dǎo)航等技術(shù)的廣泛使用，無人機技術(shù)迅速成為研究熱點，并且得到了快速的發(fā)展。而四旋翼無人機因為相鄰的旋翼轉(zhuǎn)向相反，從而抵消反扭矩，因此不用專門設(shè)計尾槳來平衡旋翼反扭矩，具有垂直升降、懸停及快速改變姿態(tài)等飛行特性，與普通的無人機相比具有體積小、機動性好、性價比高等優(yōu)點，因此在軍事和民用方面具有巨大的應(yīng)用價值。
地面站是無人機系統(tǒng)的重要組成部分，它負責(zé)對飛行器進行控制并對飛行器的信息進行采集和處理，具有控制、指揮、通信、監(jiān)視和偵察等綜合功能。隨著小型飛行器功能日益豐富以及對飛行要求越來越高，對地面站也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的小型飛行器地面信息釆集系統(tǒng)多為桌面系統(tǒng)，操作不方便且體積大不便于攜帶。安卓系統(tǒng)是一種以linux與java為基礎(chǔ)的開放源代碼操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備。安卓系統(tǒng)作為手機操作系統(tǒng)，使手機的款式多樣化，功能更加便捷多樣，能夠滿足不同消費者的需求。安卓地面站是一種新興的地面站，與傳統(tǒng)地面站相比，既實現(xiàn)了地面站主要功能，又兼有工作時間長、易于攜帶、操作方便及移植性強等優(yōu)點，將在旋翼型無人機系統(tǒng)上得到廣泛應(yīng)用。
通信系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)信息控制與傳輸?shù)暮诵?提供地面站和無人機之間的數(shù)據(jù)鏈路(上行和下行)。上行鏈路傳輸操控人員的命令和指令到無人機上，下行鏈路傳輸無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)到地面站。安卓地面站與四旋翼無人機之間的通信系統(tǒng)主要采用安卓操作終端usbotg(on-the-go)功能連接usb數(shù)傳電臺實現(xiàn)。該通信方式對安卓操作終端、數(shù)傳電臺的接口功能有一定要求，且數(shù)傳電臺的性能指標有限，影響無人機系統(tǒng)長距離使用。目前市場上也有基于4g網(wǎng)絡(luò)和基于wi-fi的通信系統(tǒng)。這些通信都是以網(wǎng)絡(luò)作為通信基礎(chǔ)，容易受到當?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)的信號強度的影響。而且在偏遠地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號傳輸不穩(wěn)定，也會影響系統(tǒng)的可靠使用。同時，wi-fi通信系統(tǒng)還存在通信距離限制。
綜上，目前的安卓地面站與四旋翼無人機之間通信鏈路具有可靠性不足且距離受限的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的實施例提供基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信方法和系統(tǒng)，該通信方法和系統(tǒng)無需網(wǎng)絡(luò)輔助，能夠通過藍牙、wi-fi與數(shù)傳電臺相結(jié)合來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，具有作用距離長、工作穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：
基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信方法，包括:
s1、安卓地面站發(fā)送指令隊列至藍牙通信模塊和wi-fi通信模塊；
s2、所述藍牙通信模塊和wi-fi通信模塊接收所述指令隊列，再通過串口通信傳輸至地面測控終端控制器；
s3、所述地面測控終端控制器采集所述藍牙通信模塊和所述wi-fi通信模塊上傳的所述指令隊列并進行校驗判斷，判斷后得出藍牙有效幀和wi-fi有效幀，所述地面測控終端控制器將所述藍牙有效幀和所述wi-fi有效幀進行融合，得到有效遙控指令隊列，并將所述有效遙控指令隊列發(fā)送至地面數(shù)傳模塊；
s4、所述地面數(shù)傳模塊采集所述有效遙控指令隊列，并通過無線通信的方式將所述有效遙控指令隊列發(fā)送至機載數(shù)傳模塊；
s5、所述機載數(shù)傳模塊采集所述有效遙控指令隊列，并對其中的射頻信號進行放大、解調(diào)，得到控制指令，所述機載數(shù)傳模塊再將所述控制指令發(fā)送至四旋翼無人機控制器；
s6、所述四旋翼無人機控制器采集所述控制指令，并根據(jù)所述控制指令的內(nèi)容控制機載平臺,然后進入下一個控制周期,重復(fù)所述s1-s6。。
進一步的,所述指令隊列的校驗和判斷采用累加和校驗或者crc校驗。
進一步的，s3中，所述藍牙有效幀和所述wi-fi有效幀的融合包括：
s301、所述藍牙有效幀和所述wi-fi有效幀根據(jù)指令權(quán)值控制規(guī)則，得到藍牙指令權(quán)值矩陣和wi-fi指令權(quán)值矩陣；
s302、所述藍牙指令權(quán)值矩陣和所述wi-fi指令權(quán)值矩陣求和得到指令權(quán)值矩陣；
s303、將所述指令權(quán)值矩陣中的元素與指令有效閾值相對比，若大于所述有效閾值則置1，否則置0，將得到的新矩陣作為指令控制字；
s304、根據(jù)所述指令控制字與指令掩碼形成有效指令控制字,其中,指令控制字與指令掩碼進行位與(&)運算；
s305、根據(jù)所述有效指令控制字，從指令集調(diào)取對應(yīng)的指令碼，將指令碼進行組幀、編碼，得到所述有效遙控指令隊列。
進一步的,所述指令有效閾值取值范圍為0.5～1,建議取0.8。
進一步的，所述指令掩碼由上一控制周期得到的所述有效指令控制字進行位取反(～)，再與指令類型字取或(|)運算得到，并且初始值為單位向量。
進一步的，在指令集中，若第i個指令的指令類型為單次執(zhí)行指令，則對應(yīng)的指令類型字相應(yīng)位為0；若為連續(xù)執(zhí)行指令，則對應(yīng)的指令類型字相應(yīng)位為1；其中，所述指令集中的指令總數(shù)為ns,i＝1,2,3…ns。
進一步的，所述指令權(quán)值控制規(guī)則包括：
在所述wi-fi指令隊列中,所述wi-fi有效幀的總數(shù)為nw,在所述藍牙指令隊列中,所述藍牙有效幀的總數(shù)為nb,所述指令集中共有ns個指令,ns為正整數(shù),所述wi-fi有效幀和所述藍牙有效幀中的每一幀和所述指令集中的某一個指令相對應(yīng),其中,所述wi-fi指令隊列中和第i個指令對應(yīng)的幀數(shù)為nwi，其中，i＝1,2,3…ns,所述藍牙指令隊列中和第i個指令對應(yīng)的幀數(shù)為nbi，則第i個指令對于所述wi-fi指令隊列的指令權(quán)值為
本發(fā)明還提供了基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信系統(tǒng)，包括地面端和機載端，所述地面端包括安卓地面站、藍牙通信模塊、wi-fi通信模塊、地面測控終端控制器、地面數(shù)傳模塊，所述安卓地面站通過無線方式和所述藍牙通信模塊、wi-fi通信模塊通信，所述藍牙通信模塊和wi-fi通信模塊連接所述地面測控終端控制器，所述地面測控終端控制器連接所述地面數(shù)傳模塊；所述機載端包括機載數(shù)傳模塊、無人機控制器和機載平臺并依次連接，所述地面數(shù)傳模塊和所述機載數(shù)傳模塊通過無線方式通信。
本發(fā)明實施例提供的基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信方法和系統(tǒng)，通過藍牙鏈路和wi-fi鏈路相配合，解決了通信鏈路可靠性不足的問題，而且機載端和地面端通過無線通信方式交互，避免了距離受限的問題。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例提供的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。
本發(fā)明實施例提供基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信方法包括：
s1、安卓地面站發(fā)送指令隊列至藍牙通信模塊和wi-fi通信模塊，通過wi-fi與藍牙兩種通訊方式，并行、高速接收安卓地面站發(fā)出的指令隊列；
s2、所述藍牙通信模塊和wi-fi通信模塊接收所述指令隊列，再通過串口通信傳輸至地面測控終端控制器；
s3、所述地面測控終端控制器采集所述藍牙通信模塊和所述wi-fi通信模塊上傳的所述指令隊列并進行校驗判斷，判斷后得出藍牙有效幀和wi-fi有效幀，所述地面測控終端控制器將所述藍牙有效幀和所述wi-fi有效幀進行融合，得到有效遙控指令隊列，并將所述有效遙控指令隊列發(fā)送至地面數(shù)傳模塊；
s4、所述地面數(shù)傳模塊采集所述有效遙控指令隊列，并通過無線通信的方式將所述有效遙控指令隊列發(fā)送至機載數(shù)傳模塊；
s5、所述機載數(shù)傳模塊采集所述有效遙控指令隊列，并對其中的射頻信號進行放大、解調(diào)，得到控制指令，所述機載數(shù)傳模塊再將所述控制指令發(fā)送至四旋翼無人機控制器；
s6、所述四旋翼無人機控制器采集所述控制指令，并根據(jù)所述控制指令的內(nèi)容控制機載平臺。
進一步的，s3中，所述藍牙有效幀和所述wi-fi有效幀的融合過程包括：
s301、所述藍牙有效幀和所述wi-fi有效幀根據(jù)指令權(quán)值控制規(guī)則，得到藍牙指令權(quán)值矩陣和wi-fi指令權(quán)值矩陣；
s302、所述藍牙指令權(quán)值矩陣和所述wi-fi指令權(quán)值矩陣求和得到指令權(quán)值矩陣；
s303、將所述指令權(quán)值矩陣中的元素與指令有效閾值相對比，若大于所述有效閾值則置1，否則置0，將得到的新矩陣作為指令控制字，其中，指令有效閾值表示一個數(shù)據(jù)包中有效指令碼所占指令總數(shù)的比例，取值范圍為0.5～1，建議值為0.8，即在wi-fi或藍牙單通道有效工作時，一包數(shù)據(jù)中80％指令為該指令碼，則認為該指令碼為有效執(zhí)行指令。指令有效閾值用于從wi-fi、藍牙大量指令中提取當前最新指令碼，同時避免丟指令、誤指令。；
s304、根據(jù)所述指令控制字與指令掩碼形成有效指令控制字，其中，所述指令掩碼根據(jù)指令類型、指令發(fā)送方式構(gòu)造。當指令類型為遙調(diào)指令且遙調(diào)數(shù)值為連續(xù)變化時(比如俯仰角目標值)，指令掩碼相應(yīng)位置1，保證每一個控制周期，該指令均可上行。其他情況則根據(jù)指令發(fā)送方式設(shè)置，若指令為單次執(zhí)行指令，則上一個控制周期指令發(fā)送后，掩碼置0，避免指令碼連續(xù)發(fā)送；若允許指令多次連續(xù)發(fā)送，則掩碼置1，不對指令控制字進行屏蔽處理；
s305、根據(jù)所述有效指令控制字，從指令集(通訊協(xié)議中所有指令編碼，設(shè)其中包含ns個指令碼)調(diào)取對應(yīng)的指令碼，將指令碼進行組幀、編碼，得到所述有效遙控指令隊列。
進一步的，所述指令權(quán)值控制規(guī)則包括：
在所述wi-fi指令隊列中,所述wi-fi有效幀的總數(shù)為nw,在所述藍牙指令隊列中,所述藍牙有效幀的總數(shù)為nb,所述指令集中共有ns個指令,ns為正整數(shù),所述wi-fi有效幀和所述藍牙有效幀中的每一幀和所述指令集中的某一個指令相對應(yīng),其中,所述wi-fi指令隊列中和第i個指令對應(yīng)的幀數(shù)為nwi，其中，i＝1,2,3…ns,所述藍牙指令隊列中和第i個指令對應(yīng)的幀數(shù)為nbi，則第i個指令對于所述wi-fi指令隊列的指令權(quán)值為
本發(fā)明還提供了一種基于藍牙與wi-fi的四旋翼無人機通信系統(tǒng)，如圖1所示，包括地面端和機載端，所述地面端包括安卓地面站、藍牙通信模塊、wi-fi通信模塊、地面測控終端控制器、地面數(shù)傳模塊，所述安卓地面站通過無線方式和所述藍牙通信模塊、wi-fi通信模塊通信，所述藍牙通信模塊和wi-fi通信模塊連接所述地面測控終端控制器，所述地面測控終端控制器連接所述地面數(shù)傳模塊；所述機載端包括機載數(shù)傳模塊、無人機控制器和機載平臺并依次連接，所述地面數(shù)傳模塊和所述機載數(shù)傳模塊通過無線方式通信。
其中，藍牙通信模塊、wi-fi通信模以及地面數(shù)傳模塊、機載數(shù)傳模塊主要進行地面站與無人機之間的無線通信；地面測控終端控制器主要對指令進行解算與執(zhí)行。地面測控終端控制器通過uart接口接收藍牙通信模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，通過spi接口接收wi-fi通信模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，地面測控終端控制器再通過spi接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛鏀?shù)傳模塊。
藍牙通信模塊，為了減少設(shè)計風(fēng)險和加快開發(fā)進程，藍牙通信模塊采用藍牙v2.0協(xié)議標準。模塊尺寸大小為27mm×13mm×2mm左右，模塊供電電壓為3.3～3.6v，工作電流不大于50ma，功耗較低。藍牙通信模塊的有效通信距離為10m左右，并且可通過at指令對藍牙通信的波特率和配對密碼進行修改。
wi-fi通信模塊，支持wpa/wpa2安全模式，內(nèi)置tcp/ip協(xié)議棧。其工作電壓為3.3v，平均工作電流為80ma，可使用at指令集，具有三種工作模式：ap模式、station模式和ap兼station模式。wi-fi通信模塊的有效通信距離為90m左右，具有無線電波覆蓋范圍廣及傳輸速度快、以最低成本提供最大實用性等特性。
地面數(shù)傳模塊和機載數(shù)傳模塊是一種無線收發(fā)芯片，具有多頻段、低功耗、高集成度等特點。輸出功率可達+20dbm，接收靈敏度達到-126dbm，可提供對數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖fifo、接收信號強度指示(rssi)、空閑信道評估(cca)、喚醒定時器、低電壓檢測、溫度傳感器、8位ad轉(zhuǎn)換器和通用輸入/輸出口等功能的硬件支持。本發(fā)明所選用的地面數(shù)傳模塊和機載數(shù)傳模塊在使用時對外部元件的依賴性較小，配置若干電容、電感和一個晶振就可組成一個可靠性較高的數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)，減少二次開發(fā)的工作量。
地面測控終端控制器選用主流單片機芯片，具有多種電源管理模式(如正常模式、休眠模式、空閑模式等)，其內(nèi)部集成的2個欠壓檢測器分別適用于正常模式和休眠模式，在休眠模式下工作電流僅為50na。該控制器需包括一個高效的直流升壓轉(zhuǎn)換器，給內(nèi)部微控制器和其它元器件提供65mw供電。在功耗方面，其省電架構(gòu)能將操作模式下的電流減小到170μa/mhz。以此來滿足本設(shè)計需求。
綜上，本發(fā)明利用wi-fi與藍牙兩種通訊方式，并行、高速接收安卓地面站遙控指令，通過指令碼重復(fù)、多次以及兩路并行發(fā)送方式，提高安卓地面站與地面測控終端之間無線通信的可靠性、實時性；無線通信方式擴大了通信距離，避免了通信距離受限的問題。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。