無人駕駛飛行器（UAV），俗稱無人機(jī)，并不是新的。愛好者一直在設(shè)計(jì)和建設(shè)令人印象深刻的遙控飛機(jī)，直升機(jī)，甚至飛行充氣鯊魚很長一段時(shí)間。無人機(jī)的概念可以追溯到19世紀(jì)中葉，當(dāng)奧地利被罰下無人，炸彈填充氣球，以此來攻擊威尼斯。后來成為當(dāng)今無人機(jī)最初發(fā)展起步于20世紀(jì)初，它們被用于目標(biāo)的做法，在第一次世界大戰(zhàn)期間的軍事需求已經(jīng)推動無人機(jī)能力，以新的高度和商業(yè)利益正在尋找在努力，他們?nèi)绾文軌蚶脽o人駕駛飛機(jī)訓(xùn)練軍事人員技術(shù)。目前，亞馬遜一直在嘗試使用GPS導(dǎo)航到你的位置，使自動化交付當(dāng)日發(fā)貨無人機(jī)。執(zhí)法和公民當(dāng)局還演示了如何有效的無人機(jī)可以在諸如搜索和救援和邊境巡邏任務(wù)。本文著眼于一些選擇，我們有設(shè)計(jì)控制和數(shù)據(jù)鏈無人機(jī)時(shí)。它探討了發(fā)展和成熟的R / C單位，開辟了道路，并在需要的安全性，抗干擾能力強(qiáng)的增加和自治一定程度時(shí)出現(xiàn)錯誤。
從玩具到工具
我們都曾經(jīng)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。 。極性開關(guān)，可以反向指示。雖然有趣的愛好和娛樂，甚至是這個簡單的功能已被證明是一個有用的消耗球探或監(jiān)控系統(tǒng)，先于軍事或執(zhí)法人員進(jìn)入。最初，無線電控制的汽車，直升機(jī)，飛機(jī)，和玩具，在大多數(shù)情況下，無論是使用27兆赫或49兆赫的頻率。美國聯(lián)邦通信委員會授予這些頻率用于基本消費(fèi)品，如玩具，車庫開門器，對講機(jī)等。的50和53兆赫的頻率更高，如果操作員是一個特許業(yè)余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75兆赫頻帶可被用于與附加通道（表1）更先進(jìn)的通信鏈路。不同的國家和世界各地區(qū)允許不同的頻率和功率levels1并確定哪些是禁止入內(nèi)。軍方可以在危機(jī)情況下使用任何他們想帶的任何功率電平。發(fā)射機(jī)的輸出功率，有時(shí)在口授瓦特，但是更精確地由有效輻射功率測量2.調(diào)制技術(shù)可確定的互操作性來表示。例如，在27兆赫和49兆赫頻帶，只有一個27 MHz單元可以在靠近另一操作。同樣的49兆赫。串?dāng)_導(dǎo)致每個單元的干擾。
|
Frequency
|
27 MHz
|
49 MHz
|
50 MHz
|
53 MHz
|
72 MHz
|
75 MHz
|
2.4 GHz
|
|
Ch. 1
|
26.995
|
49,830
|
50,800
|
53,100
|
72,010
|
75,410
|
2,401,000
|
|
Ch. 2
|
27.045
|
49,845
|
50,820
|
53,200
|
72,020
|
75,430
|
2,402,000
|
|
Ch. 3
|
27.095
|
49,860
|
50,840
|
53,300
|
72,030
|
75,470
|
2,403,000
|
|
Ch. 4
|
27.145
|
49,875
|
50,860
|
53,400
|
72,040
|
75,490
|
2,404,000
|
|
Ch. 5
|
27.195
|
49,890
|
50,880
|
53,500
|
72,050
|
75,510
|
2,405,000
|
|
Ch. 6
|
27.255
|
|
50,900
|
53,600
|
72,060
|
75,530
|
2,406,000
|
|
Ch. 7
|
|
|
50,920
|
53,700
|
72,070
|
75,550
|
2,407,000
|
|
Ch. 8
|
|
|
50,940
|
53,800
|
72,080
|
75,570
|
2,408,000
|
|
Ch. 9
|
|
|
50,960
|
|
72,090
|
75,590
|
2,409,000
|
|
Ch. 10
|
|
|
50,980
|
|
72,100
|
75,610
|
2,410,000
|
|
...
|
|
|
|
|
...
|
|
|
|
Ch. 60
|
|
|
|
|
72,990
|
|
|
|
...
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ch. 80
|
|
|
|
|
|
|
|
|
...
|
|
|
|
|
|
|
2,480,000
|
|
Ch. 90
|
|
|
|
|
|
75,990
|
|
表1：常見的渠道和頻率的無線電控制。信道的數(shù)目也是一個限制因素。通常情況下，6信道用于一個簡單的玩具。這是前進(jìn)，后退，前進(jìn)，左，前右，后，左，右后。正如你所看到的，玩具都不是很準(zhǔn)確，這就是為什么它需要一些發(fā)達(dá)的技能飛的R / C飛機(jī)和直升機(jī)。此外，無線電遙控玩具使用時(shí)間對準(zhǔn)脈沖編碼格式（圖1）。這里的時(shí)隙被分配給每個信道。如果一個邏輯之一就是存在于位的位置，它是積極且已打開。同樣地，如果沒有位在該時(shí)間點(diǎn)，它處于關(guān)閉狀態(tài)。模擬電平可以表示這種方式，通過改變脈沖寬度。缺乏脈沖可能是全關(guān)，而一個完整的占空比可以指示全開。之間的水平對應(yīng)于脈沖的占空比。
圖1：標(biāo)準(zhǔn)脈沖碼調(diào)制技術(shù)無線電控制允許多個頻道以通過在該信道相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙的脈沖的存在或不存在來控制。脈沖寬度可用于表示的模擬電平。較高頻段不傳播，只要做較低頻率信號，但是，也有使用較高頻帶更多可用的頻道。這意味著，互操作性是可行的，有點(diǎn)可靠的時(shí)候，說，十幾無人駕駛飛機(jī)都使用2.4 GHz頻段，由于擴(kuò)頻技術(shù)（這也使得相比，窄帶調(diào)幅和調(diào)頻較高的發(fā)射功率電平）。這可以幫助克服遠(yuǎn)距離無人機(jī)距離的問題。較低頻率有表面的更好的滲透，然而，所以對于非空中遙控較低的頻率可能是理想的。例如，照相機(jī)流動站雄蜂可以使用建筑物內(nèi)找到罪犯和人質(zhì)。從墻壁和隔間的干擾，即使是2.4 GHz無線網(wǎng)絡(luò)陣列，可能使部分像Silicon Labs的EZRADIO系列有用。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(dá)128千位/秒的還算不錯的數(shù)據(jù)傳輸速率。雖然不是高清晰度，實(shí)時(shí)視頻功能;控制，遙測，數(shù)據(jù)采集和傳感器接口非常適合應(yīng)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(shè)計(jì)師們的調(diào)制技術(shù)，他們可以從中選擇，包括FSK，GFSK和OOK調(diào)制的選擇。一個特別好的功能是其范圍從2.6千赫至620千赫可編程帶寬。這使設(shè)計(jì)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(wù)（如油門或轉(zhuǎn)向，這通常發(fā)生在低數(shù)據(jù)速率）。低功率為10nA關(guān)斷電流是良好的非活動期間，和一個內(nèi)置的RSSI甚至可以發(fā)送回控制點(diǎn)根據(jù)需要進(jìn)行動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率。另一個優(yōu)點(diǎn)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(nèi)置的低電池檢測器和溫度傳感器。即使是規(guī)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(fā)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(dú)立的電源充電。
小型化是關(guān)鍵
這些天，任何人都可以使用商用現(xiàn)有的技術(shù)（COTS）做一個相當(dāng)復(fù)雜的無人機(jī)。遠(yuǎn)程控制連接，可愛好和行業(yè)，已經(jīng)發(fā)展到提供清潔性能，遙感功能的點(diǎn)，甚至流媒體視頻和音頻。現(xiàn)代組件使這些子系統(tǒng)小。普通公民現(xiàn)在可以有一點(diǎn)點(diǎn)的間諜無人機(jī)巡邏自己的房子，如果他們選擇。即使是袖珍無人機(jī)已經(jīng)建立。更高頻率的無線電允許更寬的帶寬。 2.4 GHz頻率有1兆赫寬的信道，允許低于49 MHz頻段的只有15千赫范圍內(nèi)的通道更高的數(shù)據(jù)速率。這使得數(shù)據(jù)或控制的短脈沖串，并允許帶有直播的音頻和視頻互操作性。小型化是當(dāng)今無人機(jī)關(guān)鍵。簡單的低頻率的無線電控制鏈路可以是非常小而輕，因?yàn)樗鼈兛梢灾皇褂脦讉€晶體管來實(shí)現(xiàn)。與此相反，復(fù)雜的擴(kuò)頻電臺是基于微控制器，并與他們進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)字無線電的所有支持電路和功率要求。較高頻率操作，但是，允許使用更小的RF分立，諸如電感器，阻抗匹配組件和天線。 2.4 GHz頻段也已被大多數(shù)無線電遙控愛好者和更貼切，無人機(jī)制造商。是的，你可以買到相對復(fù)雜的無線電控制的無人駕駛飛機(jī)，現(xiàn)在，他們使用的2.4 GHz無線電。這意味著，大量的單芯片接收器，發(fā)射器和收發(fā)器可以規(guī)劃自己的設(shè)計(jì)時(shí)，都是公平的游戲。數(shù)的2.4 GHz方案很容易，以及也可以是頻帶限制。例如，繁忙的無線網(wǎng)絡(luò)連接的ZigBee，藍(lán)牙，甚至是藍(lán)牙低功耗方面可能會限制信號的可靠性，以及限制發(fā)送功率電平，以實(shí)現(xiàn)最大的距離，特別是如果有人使用有源干擾。所有的關(guān)鍵數(shù)據(jù)必須得到承認(rèn)和ACK / NACK既定的協(xié)議可以確保數(shù)據(jù)包在條件許可的無差錯傳輸。此外，現(xiàn)代的2.4 GHz的協(xié)議具有較高的帶寬數(shù)據(jù)速率和可允許的音頻和視頻流的獨(dú)立的控制鏈路。例如，不同的制造商的音頻和視頻鏈接可以與在不同的信道控制和狀態(tài)信息并發(fā)流。關(guān)鍵的一點(diǎn)是，Wi-Fi的平板電腦，智能手機(jī)，筆記本電腦和筆記本電腦的可用性可以使這些頻段可取的，因?yàn)橐粋€可靠和低成本的控制平臺是現(xiàn)成的大多數(shù)智能手機(jī)。一個應(yīng)用程序可以是你的控制器。 ZigBee的遙控器，也可以用作低成本的測試器。的ZigBee的網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)功能，還提供了一個良好的解決方案時(shí)，交通擁擠是一個問題。仲裁，路由，和信息發(fā)送系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使用其他節(jié)點(diǎn)作為出發(fā)點(diǎn)，以找到一個特定的目的地的路線。一個好的解決方案在這里可以是愛特梅爾AT86RF231夙，這是一個小的32引腳專用收發(fā)器，可用于700，800，900兆赫和2.4GHz的設(shè)計(jì)。 Atmel的ATREB231FE2-EK參考設(shè)計(jì)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
雖然政府機(jī)構(gòu)和軍事團(tuán)體在任何他們想要的頻段，采用大的權(quán)力，因?yàn)樗麄兿胍模⒉捎脭U(kuò)頻技術(shù)來悄悄并存，非授權(quán)的產(chǎn)業(yè)和人民沒有相同的能力的奢侈品。相反，我們被限制的R / C波段和ISM頻段。其他人可以通過許可使用。當(dāng)它宣布30,000無人機(jī)在使用了美國大陸，盡管許多人感到驚訝，我們可以預(yù)期這個數(shù)字迅速增長，特別是執(zhí)法采用了這種技術(shù)（圖2）。
圖2：民事當(dāng)局，特別是執(zhí)法部門，邊境巡邏，和DEA已經(jīng)使用現(xiàn)在很長一段時(shí)間在美國大陸無人機(jī)。對于嚴(yán)重的任務(wù)，衛(wèi)星仍然提供投保時(shí)最好選擇大面積的有針對性的。而昂貴的操作，一個衛(wèi)星鏈路可以是得到的視線，并獲得信號通過的唯一方式。另一個因素要記住的是，自主性一定程度應(yīng)該進(jìn)行編程。如果你失去控制的時(shí)間很短，無人機(jī)應(yīng)該進(jìn)入安全模式。與此相關(guān)的是利用GPS模塊，讓您的無人機(jī)跛行回家，如果一切都失敗了。無人機(jī)是生活中的事實(shí)，以及可以使用這種技術(shù)會。我們正在進(jìn)入一個個人的無人駕駛飛機(jī)市場中合法的私人和商業(yè)用途，以及執(zhí)法和軍事用途，肯定會加快的第一階段。有關(guān)本文中討論的部件的更多信息，請?zhí)峁┰L問的Digi-Key詢問網(wǎng)站產(chǎn)品頁面的鏈接。
