基于WiFi AP模式下的多軸飛行器數據傳輸系統設計

摘 要： 為實現多軸飛行器姿態及機載視頻無線傳輸，設計了基于Linux、無線網卡AR6003和ARM平臺的機載WiFi AP模式服務器數據接收發送端。詳細介紹了多軸飛行器WiFi數據傳輸系統的硬件平臺設計及AR6003網卡在Linux系統中的驅動移植和AP模式實現及收發數據程序設計。對設計系統進行數據傳輸測試，結果表明該系統在WiFi AP模式下能高效、實時傳輸飛行器姿態數據。該方法對多軸飛行器無線數據傳輸、調試具有實用工程價值。

關鍵詞： WiFi； AP模式； 多軸飛行器； 數據傳輸

中圖分類號： TN919.8?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）13?0027?03

Abstract： To achieve wireless transmission of multi?axis aircraft attitude and airborne video， server data receiving and sending end of airborne WiFi AP mode based on Linux， WLAN card AR6003 and ARM platform was designed. The hardware platform design of multi?axis aircraft WiFi data transmission system， drive transplant and AP mode realization of AR6003 network card in Linux system， and design of transceiving data program are introduced in detail. Data transmission test results of the designed system show that the system can transmit aircraft attitude data efficiently and in real time under WiFi AP mode. This method has practical project value for transmitting and debugging of multi?axis aircraft wireless data.

Keywords： WiFi； AP mode； multi?axis aircraft； data transmission

0 引 言

多軸飛行器在調試和使用過程中都需要和地面控制終端進行交互。其搭載的飛控系統需要具有較高帶寬的無線數據傳輸能力和嚴格的功耗要求。WiFi廣泛用于無線傳輸，WiFi無線接入點（Access Point，AP）能為移動終端提供無縫的、高速的、透明的接入服務。本文采用ARM11嵌入Linux 3.0.1平臺，集成具有內置 MAC（Media Access Control）層功能的AR6003無線網卡，實現最高帶寬 85 Mb/s的傳輸速率。搭載采用WiFi AP進行飛行姿態操控數據和視頻數據的傳輸控制板，手機、平板電腦等移動設備可以通過WiFi信號直接訪問飛控板，將數據接收后進行處理。

1 系統設計

系統設計如圖1所示，數據傳輸系統，根據機載飛控板采集磁力計、氣壓計、陀螺儀、加速度傳感器、溫度傳感器和視頻傳感器信號進行處理，將處理好的數據打包再通過WiFi AP無線傳輸給地面帶有WiFi Client的接收終端。地面接收終端接收數據時，首先打開無線網絡連接搜索周邊的WiFi AP 熱點，當搜索到特定機載WiFi AP名稱時輸入連接密碼進行連接，成功后打開接收端接收來自飛控板的飛行姿態信息和視頻信息。

2 硬件設計

2.1 硬件平臺設計

本設計數據傳輸系統硬件只用考慮機載飛控板發送部分，接收終端采用手機或者便攜式計算機則不需要設計。硬件平臺系統如圖2所示，具體實現如圖3所示，要能實現Linux的裝載，需要有SDIO0接口用于連接SD卡實現程序的燒寫，SDIO1接口用于連接AR6003。由于姿態傳感器采用的是I2C傳輸數據，S3C6410需要有一個I2C接口和一個用于調試監控和數據采集的串口。

2.2 WiFi接口設計

AR6003嵌入式環境中WiFi的硬件接口如圖4所示。在SDIO接口和S3C6410的SDIO接口連接時，SD_D0～SD_D3實現數據傳輸，SD_CLK實現傳輸時鐘同步。

3 系統軟件設計

數據傳輸過程如圖5所示。姿態和視頻傳感器采集的參數經過應用程序預處理，然后通過UDP或者TCP協議將數據打包。打包好的數據在操作系統和無線網絡驅動作用下通過AR6003網卡對攜帶的數據包進行收發。

3.1 WiFi AP模式驅動實現

由于低于3.2版本的Linux內核源碼中并沒包含AR6003的驅動代碼，故使用compat?wireless把AR6003驅動代碼移植到Linux 3.0.1內核中。具體步驟如下：

進入解壓出來的compat?wireless?3.3?2?n目錄；執行./scripts/driver?select ath6kl；然后使用以下命令交叉編譯驅動：

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm?none?linux?gnueabi?make KLIB=/home/xx/Desktop/linux?3.0.1 ；KLIB_BUILD=/home/xx/Desktop/linux?3.0.1

編譯成功后，把compat?wireless?3.3?2?n目錄下的net/wireless/生成的cfg80211.ko和drivers/net/wireless/ath/ath6kl/中生成的ath6kl.ko兩個文件拷貝到目標板的文件系統中，同時把AR6003的firmware目錄ath6k拷貝到目標板的/lib/firmware/目錄中，用ln ?s /lib/firmware/ath6k/AR6003/hw2.1.1/bdata.SD32.bin /lib/firmware/th6k/ AR6003/hw2.1.1/bdata.bin建立軟鏈接。

交叉編譯libnl庫并安裝在usr/local/arm/libnl1.1/路徑下；交叉編譯libssl庫并安裝在usr/local/arm/ssl/路徑下。

下載hostapd 2.0.tar.gz，解壓并修改文件夾中的makefile文件：

CC=arm?linux?gcc 制定編譯器，CFLAGS+=?I/usr/local/arm/ssl/include/指定ssl的頭文件路徑；CFLAGS+=?I/usr/local/arm/libnl1.1/include/指定libnl的頭文件路徑；LIBS+=?L/usr/local/arm/ssl/lib/指定ssl的庫文件路徑；LIBS+=?L/usr/local/arm/libnl/lib/指定ssl的庫文件路徑

然后編譯make hostapd，得到hostapd和myap.conf文件。修改myap.conf：

interface=wlan0；driver=nl80211；ssid=test；hw_mode=g；channel=8

將改好的hostapd和myap.conf文件拷貝到S3C6410目標板中。

安裝dhcpd和配置dhcpd.conf，實現對試圖接入AR6003AP終端的IP地址動態分配。

3.2 數據傳輸軟件設計

當AR6003網卡啟動并工作在AP模式后，并與客戶端實現WiFi信號連接，操作系統調用數據傳輸應用程序，socket封裝了TCP/IP網絡的API，通過調用其相關函數實現數據的收發。開發流程如下：

首先調用socket（）函數創建socket， 用setsockopt（）函數設置socket屬性，用bind（）函數綁定IP地址、端口等信息到socket，用函數listen（）監聽。write（WORD *buff，WORD len）實現發送，read（WORD *buff，WORD maxlen）實現數據接收。數據幀分為功能幀0x0傳輸加速度、陀螺儀、磁力計傳感信息；功能幀0x01傳輸氣壓高度、溫度和姿態解算信息以及視頻信號數據。功能幀0x0數據填充格式如表1所示。

4 數據傳輸測試

數據傳輸測試結果如圖6所示，其中加速度、陀螺儀、磁力計波形按照1/5衰減顯示，當地面客戶端搜索到機載WiFi信號后，輸入連接密碼成功后，多軸飛行器姿態數據便按照預定義的格式打包傳入接收端，接收端按照協議對數據進行解析和處理顯示。

5 結 語

設計實現了工作在WiFi AP模式下的多軸飛行器無線數據傳輸系統。能實現多終端接收攜帶有飛行器實時姿態數據WiFi信號，可以方便飛行器調試，還可以通過多個WiFi AP中繼后增加飛行器的遠程數據傳輸功能。

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