无人机遥控器及其显示方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机遥控器及其显示方法。

背景技术：

无人机又称无人飞行器，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。随着科技的发展，越来越多的用户接触到了无人机，以多旋翼飞行器为代表的无人机逐渐从专业消费者领域进入普通消费者领域。目前，国内旋翼无人飞行器所用的遥控器大多采用视频图像监控和飞机控制分开的模式，在操作无人机时不能同时进行视频图像的监控和飞机各种姿态的控制，使用过程十分不便，同时现有的飞行器用遥控器结构设计不合理，使得操作使用过程中，操作各个按钮十分不便，动作切换不灵活，容易造成操作失误等状况的发生。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种无人机遥控器及其显示方法，使无人机控制操作更加方便，且能够同时进行视频图像的监控和飞机各种姿态的控制，以克服现有技术中的不足之处。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种无人机遥控器，所述遥控器壳体的正面中间部分设置显示屏，在显示屏两侧分别设置模式转换滑杆、油门滑杆，在显示屏的下侧设置按钮键盘，遥控器壳体还在显示屏的左上方、右上方分别设置用于接收发送控制数据的天线接口、拍照用的快门开关，油门操纵杆邻近所述模式转换滑杆设置，姿态操纵杆邻近所述油门滑杆设置，在遥控器壳体的前侧设置有充电接口、电源开关。

在遥控器壳体的前侧还设置有蜂鸣器。

在遥控器壳体的左上角设置教练-学员开关、右上角设置航点开关，在遥控器壳体的左下或右下方设置第一控制通道/第二控制通道切换开关。

在遥控器壳体的四角设置护角。

上述无人机遥控器的显示方法，数传电台接收飞行器部分下行数据，将从飞行器发送回来的飞行状态数据输出至遥控器的显示屏，由显示屏进行相应地显示，其特征在于：在矩形显示屏的显示界面中部区域设置格点地图p区，在p区内显示飞行器方位及飞行器的前臂指向，围绕格点地图区设置多个用于显示飞行器状态信息的矩形显示框，所述多个矩形显示框顺序包括有：高度a区、导航模式b区、降落辅助状态d区、卫星数量f区、信号强度显示g区、电池状态h区、飞行时间j区、位置坐标m区；所述导航模式b区至少包括以下导航模式：ins惯性导航系统、mag磁力计、gnss全球导航卫星系统、wp航点、hm一键返航。

本发明的有益效果是：本发明方法通过在遥控器壳体的正面中间部分设置显示屏，实现在遥控器上显示导航模式、气压高度、前臂指向、累计飞行时间、栅格地图，其一体化操作界面，实现了在操作无人机时能够同时进行飞行器状态的监测和飞行器各种姿态的控制，并可根据需求设定各种功能，使用过程十分方便，同时其显示结构布局合理，在操作使用过程中，结合遥控器各个按钮、开关、摇杆布局得当使得操作方便灵活，不会发生误操作情况的发生。

附图说明

图1为本发明无人机遥控器结构示意图(正面)。

图2为本发明无人机遥控器立体示意图。

图3为本发明无人机遥控器人显示屏界面示意图。

附图中，各标号表示如下：油门操纵杆1，教练-学员开关2，天线接口3，模式转换滑杆4，显示屏5，油门滑杆6，快门开关7，航点开关8，姿态操纵杆9，控制通道换开关11，按钮键盘12，控制通道换开关(与9功能一样)13，充电接口15，蜂鸣器16，电源开关17。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接。也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

本发明提供一种无人机遥控器及其显示方法，其中，遥控器包括遥控杆和遥控开关、显示屏、发射机、数传电台xpend-900a，其中发射机采集并处理用户对遥控杆和遥控开关的操作、生成控制信号，成为控制飞行器的飞行控制数据。地面遥控器的数传电台xpend-900a用于与飞行器进行数据交换，向飞行器发送飞行控制数据等控制信号、接收飞行器部分下行数据。地面遥控器还设置显示模块用于将从飞行器发送回来的飞行状态数据输出至遥控器的显示屏，由显示屏进行相应地显示。飞行器上相应也有数传电台用于进行数据交换，飞行器上的数传电台xpend-900b与遥控器的数传电台xpend-900a匹配并进行相应的数据交互，即数传电台xpend-900b与数传电台xpend-900a之间建立数据链接，飞行器基于接收到的飞行控制数据控制无人机的飞行动作，并相应地采集飞行器的各个部件的状态数据构成飞行状态下行数据发回地面。遥控器的发射机通过usart接口与显示屏、数传电台进行数据传输，wince接收串口数据并显示，配置更换及固件升级，采集3个开关量通道、6个模拟量通道、方向按键信号，产生9个通道ppm信号，并预留串口通信接口。此后，无人机接收器基于数传电台xtend-900b接收的发射机发出的飞行控制数据，单片机接收并解码控制数据产生两路各9通道的ppm信号控制飞行器的飞行动作及云台相机的动作。

参见图1-2，无人机遥控器包括遥控器壳体以及位于遥控器壳体内的控制单元，遥控器壳体的正面中间部分设置有用于实时查看无人机飞行状态和显示遥控器数据的显示屏5，遥控器壳体的正面还设置有位于显示屏两侧的模式转换滑杆4、油门滑杆6，在显示屏的下侧设置按钮键盘12，在显示屏的左右上角分别设置用于接收发送控制数据的天线接口3、拍照用的快门开关7，油门操纵杆1邻近模式转换滑杆4设置，姿态操纵杆9邻近油门滑杆6设置，遥控器壳体的前侧设置有充电接口15、蜂鸣器16、电源开关17。其中，模式转换滑杆4有三个档位选择，分别用于ins、mag、gps模式之间的转换。油门滑杆6配合油门操纵杆使用，可选择打开或关闭电机两个档位。按钮键盘12用于控制相机变焦或遥控器设置。蜂鸣器16用于出现危险情况时系统报警。快门开关7共有三个档位。

遥控器壳体的左上角设置教练-学员开关2，右上角设置航点开关8，遥控器壳体的左下方设置第一切换开关11，右下方设置第二切换开关13。教练-学员开关2用于培训，地面上有两台遥控器(教练机、学员机)可与无人机接收器配对，当教练遥控器将教练-学员开关拔至教练机时，学员机的遥控命令失效，无人机接收器接收教练机的遥控命令。航点开关8有三个档位，两个切换开关与拍照的快门开关、航点开关、姿态操纵杆、模式转换滑杆、或油门操纵杆一起使用启动不同的功能。

所述遥控器壳体的四角设置护角14，起保护壳体作用，减小壳体受到异物的碰撞冲击防护损害。

参见图3，上述无人机遥控器的显示方法，数传电台接收飞行器部分下行数据，将从飞行器发送回来的飞行状态数据输出至遥控器的显示屏，由显示屏进行相应地显示，其特征在于：在矩形显示屏的显示界面中部区域设置格点地图p区，在p区内显示飞行器方位及飞行器的前臂指向，围绕格点地图区设置多个用于显示飞行器状态信息的矩形显示框，所述多个矩形显示框顺序包括有：高度a区、导航模式b区、降落辅助状态d区、卫星数量f区、信号强度显示g区、电池状态h区、飞行时间j区、位置坐标m区；所述导航模式b区至少包括以下导航模式：ins惯性导航系统、mag磁力计、gnss全球导航卫星系统、wp航点、hm一键返航。

数字遥控器配有一个智能充电器，充电器有一个7针的安全接口，该接口与遥控器的充电接口对应。当遥控器识别到充电适配器后，位于主面板后方的led灯会开始闪烁，给遥控器充电时，led灯会持续闪烁，直到充电完成才停止。数字遥控器的电源开关位于遥控器的上方，该位置设计可以防止意外关闭电源。数字遥控器的发射模块可以根据任务及环境要求设置不同的发射功率，较保守的环境下用户可以设置100mw,在可能会有干扰的任务中或者长距离飞行，在无人机起飞前可以人工增加到1w。四旋翼的系列飞行器为用户提供飞行中的下传数据，数据信息由遥控器接收，然后解码显示在图形用户界面(gui)上，让用户知道飞行器的实时状态。图3中，用箭头及字母代号表示各区域所在位置，分别为a-p共16个区域，图形用户界面(gui)各区域显示信息如下：

a——距离起飞点的对角线距离及气压高度

b——导航模式

c——虚拟栅栏提示

d——降落辅助状态

e——前臂起飞的指向及前臂指向(箭头)

f——gnss卫星数量、位置精度及信号质量的图形指示

g——rc信号质量及信号强度(条状及百分比数值)

h——电池当前电压及图形指示

i——当前受控的飞行器的序号

j——累计操作时间(ot)或飞行时间(ft)

k——sii功能

l——在2d栅格地图上的起飞点

m——在x,y轴上的当前位置，及lla坐标

n——2d栅格地图的比例

o——md4系列飞行器的当前位置在2d栅格地图上的图形显示

p——格点地图

在b——导航模式区域里会显示的几种不同的导航模式。导航模式根据飞行情况以及gps质量不同而不同：

1)ins惯性导航系统

将滑杆推到最高能激活此状态，这是飞行器执行的最简单的导航模式，也是最动态的。在该模式下，飞行器可能会受风的影响发生偏移，关于飞行距离或当前位置的信息将不会显示，在室内飞行或者受到gps干扰时使用该模式会比较合适。

当飞行器侦测到rc信号丢失或没有磁力计时，可能会激活ins-red危险模式。

2)mag磁力计

将滑杆推到中位能激活此状态，在该导航模式下，飞行器会使用磁力计的信息来判断前臂的实时指向，飞行器可能会受风的影响发生偏移，关于飞行距离或当前位置的信息将不会显示，在室内飞行或者受到gps干扰时使用该模式会比较合适。

当飞行器侦测到rc信号丢失或没有磁力计时，可能会激活mag-red危险模式。

3)gnss全球导航卫星系统

这是md4系列飞行器在普通操作环境下所设置的默认导航模式，飞行器默认使用动态锁定，帮助用户在给指令时进行gps校准，降低由于风的影响造成飞行器的偏移，或者根据用户所给的指令限制飞行器的移动速度。工作时要求有稳定的gps信号接收来维持该项导航模式。在该操作模式下，飞行器稳定在最后一个指令点的gps位置，只有做出俯仰及滚转指令(或者激活航点模式)，gps位置才会被更新。在该导航模式下，根据提供给系统的指令，客户可以改变到：mag,ins,hm及wp模式。

4)wp航点

该导航模式也叫自驾模式，因为飞行器会按照航点路径中设定及上传的指令清单执行不同的任务。工作时要求有稳定的gps信号接收来维持该项导航模式。当该导航模式被激活后，用户不能改变飞行的方向，相机的控制可以通过飞行器本身实现，或者用户可以在飞行前先在航点路径中定义好。

激活该导航模式后，飞行器会按照指令清单从当前位置飞到下一个航点，在此路线中如果有障碍物的话，可能会对飞行器造成影响。

5)hm一键返航

该导航模式会在飞行器执行(人手或自动激活)自动返回起飞点时显示出来，工作时要求有稳定的gps信号接收来维持该项导航模式。该导航模式的激活有三种方式：

手动：用户通过指令命令飞行器返航。

自动1：当md4系列飞行器正常工作过程中遥控通讯被中断，飞行器会自动进入自动返航。

自动2：在航点导航模式下，可以根据不同的参数设置飞行器执行的动作。

当该模式被激活后，飞行器会调整其后臂对准起飞点(默认)，升高到安全的高度(默认30m)或者保持当前高度(如果当前高度大于30m)，然后按照5m/s的巡航速度往回飞，直到到达起飞点。

当gui界面在2d栅格地图显示飞行器的当前位置及指向时，会使用图标来指出飞行器的指向，并把前臂位置用红色指示出来。2d栅格地图以红色圆点默认为起飞点，并在正上方标记北面n，以红色箭头表示飞行方向，以飞行器的前臂指向为依据。

使用gui观测的其中一个最重要的变量就是gps精度及卫星连接个数，两者在f区里显示：在f区的下方显示gps精度，例如显示4.5m，即表示gps精度<4.5m，这是md4系列飞行器工作的标准值，绿色的卫星图标代表gps精度良好，当实时的精度可能低至警报水平时，卫星图标的颜色会变成浅蓝色。当显示紫色背景黄色卫星图标，表示飞行器失去gps信号的警报状态，当飞行器没有接收到gps信息，或者接收到的信息不适合用于导航，卫星图标变成黑色，背景红色，卫星连接个数显示na，表示不可用，精度显示x.xm，表示gps精度>8.0m。飞行器没有参考点来定位，因此会受风的影响，没有gps信号时，不能使用一键返航。

无线控制信号是保证md4飞行器安全运作的一个基本要素，在g区以条形图对应所接收信号强度的百分比，飞行器没有收到遥控信号，遥控器会发出警报声提醒用户。

用户可以通过数字遥控器的gui编辑遥控器的设置，设置界面有a、b、c三个菜单，菜单a包含用户可以更改的基本配置，菜单b用于配置接收机7pin口功能，菜单c用于配置fnc信息。使用遥控器的键盘可激活遥控器的设置界面，启用设置界面的选择功能，按一次menu按键，默认进入遥控器的设置界面菜单a——rf模块选项，在设置项之间移动，可以使用up或down箭头，移动到要改变的设置项，使用左或者右箭头来改变其数值到设置前的数值。确认一个更改的设置，按一次menu键。

遥控器发射机的频道，可以简单地使用gui界面进行更改。出于安全、简便理由，以及避免操作中出现任何问题，飞行器内的模块可以通过遥控器自动配对功能实现自动配置。

遥控器内设置遥控器杆量的校准模块，处理在使用遥控器过程中，遥控器杆量中心点发生偏移的情况。飞行器起飞前需检测摇杆杆量是否正常，调出遥控器配置界面，其左边信息包含了遥控器九个通道的通道值、aircam公司logo及当前固件版本号。在保持遥控器摇杆处于中心点时，若1—4通道的通道值不为0，则遥控器摇杆杆量中心点已经发生偏移，此时需对遥控器摇杆杆量进行校准。

遥控器发出的遥控命令由无人机接收器接收并处理，无人机接收器具体控制步骤如下：

1、硬件初始化：对gpio、中断、串口、usb等外设进行初始化。

2、模块配置：对rf通信模块进行初始化，配置信道号、速率、发射功率等参数。在需要配对时进入配对模式，接收遥控器发射机的配置信息并重新配置模块。

3、接收处理飞行器下行链路信息：通过串口接收飞机下传的downlink信息，取得经纬度、高度、等飞控参数。

4、接收发射机的控制帧：通过rf模块接收从编码板传输过来的遥控信息帧，取得各个摇杆、按键的杆量信息。

5、发送下行链路帧到发射机：抽取有效的downlink信息，打包成fmc信息帧，通过rf模块下传到遥控器。

6、产生ppm信号：根据各个摇杆、按键的杆量信息配置定时器产生各个通道的ppm波形。

7、接收配置信息：通过usb接收从pc上下发的配置信息，若配置没有改变，返回接收处理飞行器下行链路信息，若配置改变，通过配置模块重新配置信道号、速率等参数，然后再返回接收处理飞行器下行链路信息。

接收器配置900mhz数传电台实现数据传输，接收处理飞行器的下行数据，led显示接收遥控信号和接收飞行器数据的状态，产生两路各9通道的ppm信号，其中一路用于控制飞行器、另一路用于控制无刷云台和相机。

使用遥控器的配对功能自动实现接收器端的通信配置，遥控器发射机的某些设置，如频道，可以简单地使用gui界面进行更改，无需通过软件rcconfig来实现。

出于安全、简便理由，以及避免操作中出现任何问题，飞行器内的模块可以通过遥控器自动配对功能实现自动配置。具体操作方式是：将微波盒安装在飞机上，按住盒上的自动配对按钮上电，等待3s后松开。遥控器端将设置界面a菜单的光标移动至”配对”项，按下右键，“配对”项由“idle”转变为“waiting”，选中“waiting”后按下“menu”键进行确认，此时遥控器与接收器进入自动配置流程，等待30s左右，遥控器自动配对完成，配置界面“配对”项显示“ok”,此时自动配对流程结束,遥控器主界面接收到飞行器的downlink信息。需要注意的是，同一时刻只能有一套遥控器与接收器进行配置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。