多旋翼無人機通信系統的設計與實現研究

張洪健　高凱　黃義波　孫梓航　張益

摘要：通信系統是多旋翼無人機系統當中一個十分重要的組成部分，通信系統在性能方面的逐漸完善對無人機各項性能的提高具有非常大的作用。本文為了實現多旋翼無人機跟地面站之間的可靠穩定無線通信，設計出一種針對多旋翼無人機系統的點對點通信系統。

關鍵詞：多旋翼無人機；通信系統；設計；實現

1 通信系統設計

1.1 系統設計方案

無線通信系統結構如圖一所示。地面站在利用點對點模塊實現數據發送的過程當中，點對點模塊模塊Hc06對數據加以接收，同時經由串口傳輸至發送模塊當中的單片機中，然后把數據傳輸給數傳芯片Si4432實施編碼，繼而以一種特定格式進行發送。而在接收模塊收到了信號之后，針對射頻信號加以行放大以及解調，然后把數據發送到C8051F930單片機當中加以處理，最終利用串口傳輸到多旋翼機載平臺之上。在機載平臺對數據加以發送的時候，利用上文所說的通信鏈路逆向傳導也能讓數據傳輸到地面站。

1.2 對系統硬件的選擇

本文選擇的數傳模塊是無線數傳芯片Si4432，有頻段較多、功耗較低以及集成度較高之類的特點。該芯片輸出的功率能夠達到+20 d Bm，而接收的靈敏度也能達到121 d Bm。為實現設計風險的降低，以及開發進程的加快，選擇點對點模塊模塊應用我國匯承科技的Hc06模塊，該模塊利用了BC417 點對點模塊芯片，同時應用的V2.0協議標準。電壓是3.33.6V，尺寸是27 mm*13 mm*2 mm，電流不超過50毫安。

2 軟件和硬件的設計

在對軟件加以設計的時候，在狀態轉換方面我們碰到了轉換失敗的情況，主要是因為數傳Si4432在狀態轉換只前應該進入掛起狀態之后等待15ms。在進行通信之前一定要先對點對點模塊Hc06波特率加以設置，繼而讓它跟數傳Si4432保持一致。

2.1 硬件

①對于整個PCB板都要覆地銅，從而降低輻射。Si4432芯片中的外圍元件應該應用體積比較小的0402封裝貼片器件。電感是當中最為關鍵的一個部分，要選擇精度更高的電感。②數傳Si4432芯片的扼流電感LC要盡可能貼近Tx引腳。繼而并聯在RX_N以及RX_P上的電感LR要跟LC實現垂直形式的布局。Tx通道上面的電感 LM、LH以及LO 要確保互相垂直，從而以降低耦合。而且PCB板上面其它的走線也要避開Tx/Rx區域，以防形成耦合效應。③為使濾波性呈現得更好，濾波電容要盡可能跟管腳貼近。在電源的接入端應該增加去耦電容，同時與Si4432芯片靠近。

2.2 軟件

①在對數傳Si4432進行初始化的時候，要先對空閑狀態加以設置。②數傳 Si4432能夠實現發送跟接收的轉換，不過在轉換以前應該進入掛起狀態，大于 15ms以后進入發送（接收）的狀態。③數傳Si4432當處在低功耗的模式之下的同步字檢測發生中斷，就非常容易被一些其它的無線電波所干擾，繼而觸發，所以設置同步字應該是34位，而且打開檢測超時，PRABL的設置是20位。④對C8051F930單片機進行了初始化以后，在應用UART口發送AT指令給Hc06模塊，

從而對波特率加以修改至跟Si4432相同，本文所設計的系統默認設置是115 200 bps。下圖為軟件設計的流程圖。

3 系統的測試以及分析

為了對通信系統設計所具備的可靠性加以驗證，進行六組通信實驗。空曠地的通信距離大概是一千五百米的時候，六組各自工作430MHz、431MHz以及432MHz等六個中心頻率之上，而帶寬選擇常用的串口通信頻率，對三千個數據包加以發送，結果如圖三所示。

4 結語

經分析得知，在系統傳輸速率比較低的時候誤碼率是0。在傳輸速率比 115 200 bps大的時候，則具有一定誤碼率，但是比較低。所以說本文所提及的無線通信系統的傳輸距離能夠達到1.5千米以上，而且出現的誤碼率也比較低，可以應用在多旋翼機的載平臺跟地面站之間的通信上。

參考文獻：

[1]施洪平，李志宇，徐義華.基于點對點模塊和數傳模塊的小型四旋翼無人機通信系統設計[J].電子設計工程，2016，（17）：8184+89.