一種無人直升機便攜式測控系統(tǒng)及其測控方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于無人直升機地面測控領域，涉及一種針對無人直升機的新型測控終端設備。
【背景技術(shù)】
[0002]無人直升機便攜式測控站操縱對象為現(xiàn)有無人直升機平臺，實現(xiàn)無人直升機的近距使用(如農(nóng)藥噴灑、邊境巡邏、電力巡視等)、與方艙大型地面站的配合使用(如任務接管)、分布式部署以及信息共享等。
[0003]無人機(包括無人直升機)控制站，有兩個發(fā)展方向，一是大型方艙控制站，另一個是小型便攜單兵站。在小型便攜單兵站方面，現(xiàn)有技術(shù)中，無人機的便攜式測控站控制部分多以工控機為主，采用鍵盤和鼠標(一體式或分離式)進行控制輸入；起降控制部分以航?？刂破鳛橹鳎鏔UTABA，配以物理按鍵實現(xiàn)起降操作；鏈路部分以小型、便攜電臺，作為獨立部件或集成到控制部分。
[0004]如兵工自動化(2012年08期)中由羅珊，陳睿璟等提出的便攜式地面測控系統(tǒng)，以測控計算機(PC104-1462)、顯示終端計算機(PC機，RS232為標準通信接口)、液晶顯示器、鍵盤鼠標、手柄、離散量操縱臺(內(nèi)含PC104控制器、多個開關、按鈕)、數(shù)傳電臺等為硬件基礎，以遙控、遙測和窗口刷新等為軟件構(gòu)成框架，見圖2所示。電臺選用MDS9710無線通信電臺，通過RS232通信接口與測控計算機連接，實現(xiàn)機載系統(tǒng)與地面遙控遙測系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。測控計算機以及與其相連的離散量控制臺、鍵盤、顯示器主要實現(xiàn)離散指令的輸入和輸出。顯示終端計算機、手柄部分主要完成連續(xù)指令的輸入和輸出。
[0005]從以上系統(tǒng)構(gòu)成來看，存在以下不足，表現(xiàn)為:
[0006]a)由于采用分離式結(jié)構(gòu)，往往需要兩名操作人員進行操作，如一名操作人員操作手柄、另一名操作人員操作鼠標鍵盤，操作復雜程度高，難以單人操作；
[0007]b)野外環(huán)境適應性不足，如如何滿足強光下的使用要求、野外供電、人員操作位置等沒有詳細敘述；
[0008]c)系統(tǒng)構(gòu)成設備較多，可靠性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述問題，本發(fā)明首先提出了一種無人直升機便攜式測控系統(tǒng)，以成本控制、單兵便攜以及野外應用為目標，重點解決單人操作、野外環(huán)境適應性以及長時間工作問題，在操作方式上率先采用觸控操作方式，降低了人員需求和操作人員工作強度，同時，考慮了野外使用環(huán)境，在軟硬件方面基于人機功效開展了系統(tǒng)設計，包括視覺調(diào)節(jié)、視覺功效等，提升了操作人員舒適性。
[0010]本發(fā)明無人直升機便攜式測控系統(tǒng)，包括數(shù)字收發(fā)機、控制器、通信板卡、桿量操作手柄，其中，在控制器機箱上裝載顯示器和觸摸板，控制器機箱內(nèi)部安裝控制器母板，母板上安裝有CPU主板、通信板卡及控制器接口 ；
[0011]數(shù)字收發(fā)機機箱內(nèi)部裝載收發(fā)機及射頻前端模塊、二次電源模塊，數(shù)字收發(fā)機機箱后側(cè)設置天線接口，用于連接外部天線，數(shù)字收發(fā)機機箱右側(cè)設置矩形航插鎖緊孔，矩形航插鎖緊孔與手柄通過可拆卸結(jié)構(gòu)連接；
[0012]控制器機箱和數(shù)字收發(fā)機機箱通過支臂以及合頁和顯示器相連，支臂內(nèi)部布設連接電纜。
[0013]優(yōu)選的是，所述控制器接口包括網(wǎng)絡接口、USB接口和VGA接口、RS422/232接口，上述接口引出至控制器機箱外部，便于調(diào)試使用。
[0014]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述數(shù)字收發(fā)機機箱后側(cè)設有供電接口，用于與外部鋰電池連接，所述鋰電池選用容量為3 IAh的鋰電池WP-ADA-73100為系統(tǒng)供電，可滿足系統(tǒng)連續(xù)工作4h以上，供電通過內(nèi)部連線輸入至二次電源模塊。
[0015]在上述任一方案中優(yōu)選的是，數(shù)字收發(fā)機機箱的前側(cè)固定有提手，用于設備的搬運。
[0016]在上述任一方案中優(yōu)選的是，數(shù)字收發(fā)機機箱上面板兩側(cè)鋪設防滑膠帶，用于控制器部分視角調(diào)節(jié)時對面板的防護，同時具有防滑作用。
[0017]在上述任一方案中優(yōu)選的是，手柄通過防松脫螺母與數(shù)字收發(fā)機機箱連接，控制器機箱和數(shù)字收發(fā)機機箱通過支臂以及合頁閉合后，通過卡扣鎖緊。
[0018]在上述任一方案中優(yōu)選的是，手柄中傳感器和按鈕開關的輸出采用意法半導體的STC12C5A60S2芯片進行采集和處理，并通過RS422串口輸出。
[0019]在上述任一方案中優(yōu)選的是，手柄傳感器、按鍵根據(jù)各個桿量所處位置以及按鍵狀態(tài)產(chǎn)生對應的輸出，由STC12C5A60S2芯片進行采集和處理，CPU主板基于事件觸發(fā)接收來自通信板卡的手柄數(shù)據(jù)，由數(shù)字收發(fā)機將上行遙控數(shù)據(jù)編碼、調(diào)制、擴頻后進行無線射頻發(fā)送。
[0020]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述數(shù)字收發(fā)機接收來自無線鏈路的遙測數(shù)據(jù)和載荷數(shù)據(jù)，將遙測數(shù)據(jù)通過RS422接口、載荷數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡接口周期發(fā)送給控制器部分，CPU主板基于事件觸發(fā)接收來自通信板卡的遙測數(shù)據(jù)和來自網(wǎng)口的載荷數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行解析和處理，送人機操作界面進行顯示。
[0021]一種無人直升機便攜式測控方法，采用所述的無人直升機便攜式測控系統(tǒng)對無人機進行測控，包括以下方法:
[0022]A、通過選擇監(jiān)控/回放模式啟動系統(tǒng)；
[0023]B、如果啟動模式為監(jiān)控，則進行信息以及系統(tǒng)的初始化，包括發(fā)出遙控指令、接收手柄數(shù)據(jù)、接收遙控數(shù)據(jù)以及接收載荷數(shù)據(jù)，其中，接收手柄數(shù)據(jù)后通過解幀和提取連續(xù)量數(shù)值，之后與發(fā)出的遙控指令進行組幀，之后通過串口發(fā)送遙控數(shù)據(jù)幀；接收遙控數(shù)據(jù)通過解幀進行界面線程顯示；接收載荷數(shù)據(jù)時解析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀，組成圖像數(shù)據(jù)幀并推送至界面顯不;
[0024]C、如果啟動模式為回放，首先讀取歷史數(shù)據(jù)，之后判斷接收的數(shù)據(jù)為遙控數(shù)據(jù)還是載荷數(shù)據(jù)，分別按照步驟B中的計算過程進行解幀顯示或解析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)幀，組成圖像數(shù)據(jù)幀。
[0025]本發(fā)明關鍵點:
[0026]a)采用觸控操作和手柄操作，實現(xiàn)單人操作；
[0027]b)觸摸屏的視角調(diào)節(jié):通過支臂和合頁解決了不同人員使用時的視角可調(diào)問題，并且在觸控條件下，視角不會發(fā)生變化；
[0028]c)采用多進程、多線程、多媒體時鐘精確定時等技術(shù)實現(xiàn)遙控數(shù)據(jù)實時發(fā)送、遙測數(shù)據(jù)實時處理和信息顯示，使得系統(tǒng)操作流暢。
【附圖說明】
[0029]圖1是按照本發(fā)明無人直升機便攜式測控系統(tǒng)及其測控方法的一優(yōu)選實施例的系統(tǒng)總體構(gòu)成及接口關系示意圖。
[0030]圖2是圖1所示實施例的控制器機箱結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖3是圖1所示實施例的數(shù)字收發(fā)機機箱結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖4是圖1所示實施例的測控站整體結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖5是圖1所示實施例的工作流程圖。
[0034]其中，I為控制器機箱，2為控制器母板，3為通信板卡，4為散熱風扇，5為CPU主板，6為的USB接口和VGA接口，7為RS422/232接口，8為網(wǎng)絡接口，9為數(shù)字收發(fā)機機箱，10為供電接口，11為天線接口，12為二次電源模塊，13為矩形航插鎖緊孔，14為合頁，15為提手，16為防滑膠帶，17為防松脫螺母，18為支臂，19為顯示器，20為觸摸板，21為手柄。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所涉及的柔性梁剛度測量裝置做進一步詳細說明，本發(fā)明以成本控制、單兵便攜以及野外應用為目標，重點解決單人操作、野外環(huán)境適應性以及長時間工作問題。
[0036]—種新型無人直升機便攜式測控站，它是由數(shù)字收發(fā)機、控制器、觸摸屏、RS422通信板卡、桿量操作手柄等組合而形成的一種嵌入式系統(tǒng)控制設備。
[0037]在本實施例中，系統(tǒng)總體構(gòu)成及接口關系見圖1所示，主要包括以下幾點。
[0038](I)采用成熟數(shù)字收發(fā)機:
[0039]根據(jù)國內(nèi)外無人機便攜式現(xiàn)狀分析以及無人直升機平臺特點，在地面數(shù)據(jù)終端(數(shù)據(jù)鏈的地面部分)選擇某單位成熟數(shù)字收發(fā)機產(chǎn)品，其遙控遙測接口為RS422、載荷數(shù)據(jù)接口為以太網(wǎng)。
[0040](2)應用嵌入式控制器
[0041]由于筆記本和工控機難以適用野外環(huán)境，包括可視性和供電等方面，故選擇高性能嵌入式處理器。在綜合衡量可靠性、功耗、進度、成本、接口擴展性、圖形化軟件開發(fā)和移植、便攜等因素的基礎上，控制器選擇凌華公司PCI/104總線的主機板CM-920，其技術(shù)參數(shù)如下:
[0042]a)CPU:17，1.7GHz，雙核;
[0043]b)媒體處理:HW JPEG和MJPEG解碼；完整的硬件MPEG2編碼；
[0044]c)視頻接口:LVDS 和 VGA ；
[0045]d)以太網(wǎng):2個10/100/1000自適應網(wǎng)口 ；
[0046]e)USB:4 個 USB2.0 ;
[0047]f)內(nèi)存:2GB ;
[0048]g)硬盤:固態(tài)硬盤，64G ;
[0049]h)支持Windows XP操作系統(tǒng)。
[0050]為保證通信的穩(wěn)定性和考慮接口擴展需求，選用盛博公司RS422總線串口數(shù)據(jù)通信板PMSP-8與控制器配套使用，實現(xiàn)遙控遙控數(shù)據(jù)的收發(fā)。
[0051](3)采用觸控操作方式
[0052]由于傳輸?shù)逆I盤/鼠標、航?？刂破鞑僮麟y以滿足單人操作需求，故在操作方式上選擇單點電阻觸摸屏。
[0053]觸摸屏主要用于遙控指令、遙測數(shù)據(jù)的顯示，不同的顯示畫面可以通過軟按鈕進行切換。考慮頁面多內(nèi)容顯示和野外使用環(huán)境，選用三菱公司的AA121XL01高亮度液晶屏作為主機板的輸出顯示屏，參數(shù)如下:
[0054]a)尺寸:12.1 英寸；
[0055]b)解析度:1024 X 3 (H) X 768 (V)；
[0056]c)可視范圍:245.76 (H) X 184.32 (V)；
[0057]d)信號接口: LVDS ;
[0058]e)亮度:1000 (cd/m2)；
[0059]f)對比度:600:1 ;
[0060]g)工作溫度:-30 ?80? ;
[0061]h)工作電壓:5V、12V ;
[0062]i)工作電流:320/600mA(Typ/Max)。
[0063]選用觸摸屏T121S-5RAY06P-3A28R4-200FH與顯示屏配套使用。
[0064](4)基于桿量操作
[0065]傳統(tǒng)的航模控制器需要單人雙手才能完成操作，難以滿足設計要求，為此選擇手柄產(chǎn)生無人直升機起降控制所需的周期變距、橫向周期變距、總距、尾槳距以及左右偏航控制參數(shù)距量。
[0066]為了保證手柄的質(zhì)量和精度，選用智能控制科技有限公司的手柄進行適應性改進設計，這要涉及傳感器的選型和采集電路的設計，手柄中傳感器和按鈕開關的輸出采用意法半導體的STC12C5A60S2芯片進行采集和處理，并通過RS422串口輸出。
[0067](5)采用鋰電池供電:
[0068]在上述硬件確定后，根據(jù)各個模塊功耗及系統(tǒng)連續(xù)工作時間，計算得出電池容量為18.75Ah，選用容量為31Ah的鋰電池(WP-ADA-73100)為系統(tǒng)供電，可滿足系統(tǒng)連續(xù)工作4h以上。
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