一种无人机遥控信号转换装置的制作方法

本发明涉及无人机通信领域，尤其是涉及一种无人机遥控信号转换装置。

背景技术：

具有自主飞行能力的小型无人机，可以用于执行航拍、勘测、自主侦查和自动攻击等任务，具有广泛的军事、民用和科学研究价值，这也使其成为世界上多个国家科研机构的研究热点。在整个无人机自主系统中，通信系统是飞行控制系统的重要组成部分，负担着各种飞行状态信息和任务载荷数据的采集和传送，保证地面监控系统对小型无人机的飞行状态进行监控，安全可靠完成飞行任务。

当前对于无人机通信链路的研究和应用在国外发展相对比较迅速，也取得了不错的成绩。无论是开源系统还是商用系统，在无人机领域都有很大组织机构进行研究开发。在国内随着小型无人机在灾害响应、现代化农林业航空作业、无人机森林防火防护、电力和石油管道无人机巡检、城市和道路航空规划和巡线、旅游航空形象宣传、自然灾害航空评估、生态环境航空检测等领域的广泛应用，由此形成的无人机应用市场也在不断扩大，一大批针对无人机的企业迅速发展，多个机构也纷纷加入到无人机领域的研究。

目前民用无人机的通信链路，常常是点对点的形式，即使用遥控器直接控制无人机，无人机采集的数据(图像、高度、姿态或温度等)，也直接传输到遥控器显示。这就要求遥控器除了具有发射控制信号外，还需要具有数据接收、图像显示等复杂的功能，使遥控器的使用不具备通用性，且存在传回的数据不能实时分析，存取不方便等缺点。

技术实现要素：

为了克服上述不足，需要重新设计一种新的无人机通信链路，把电脑作为信号传输的一个环节，实时发送数据、显示图像和分析数据。为此本发明提供一种无人机遥控信号转换装置，该装置作为通信链路的一部分，能够解析遥控器接收机的数据，并发送给电脑。

为了解决上述技术问题，公开了如下技术方案：一种无人机遥控信号转换装置，所述转换装置包括：输入通道、处理器和输出通道；

所述输入通道作为信号的输入，其输入端与无人机遥控器的接收机信号输出端连接，其输出与处理器的输出连接，所述处理器用于将输入通道接收的电平信号进行解析处理，转换成串口信号，传输至输出通道。

作为优化，所述无人机遥控器为6通道航模遥控器。

作为优化，所述接收机为6通道接收机。

作为优化，所述输出通道为8路输入捕获通道。

作为优化，所述处理器为意法半导体32位微处理器stm32。

作为优化，所述输出通道包括相互串联的多个。

作为优化，所述输出通道包括相互串联的第一输出通道和第二输出通道；

所述第一输出通道为异步串行接口与处理器的输出相连，所述第二输出通道与第一输出通道相连，为usb接口。

作为优化，所述第一输出通道通过专有的通信协议通信；

所述专有的通信协议由24字节构成，包括帧头、功能字、长度字、数据和校验字。

作为优化，所述处理器对接收到的电平信号进行解析处理的过程如下：

s1：定时器的初始化：

开启定时器时钟，记录定时器的初始值，配置输入端口为下拉输入，配置定时器分频器，设置4路通道的输入捕获模式，开启4路通道的捕获并设置为上升沿触发，最后开启中断；

s2：中断服务函数对信号进行如下处理：

当高电平没有到来时，触发模式为高电平触发；当高电平到来时进入中断服务函数，进入后记录当前时间点为t1，并且设置触发模式为低电平触发，然后等待低电平到来；当低电平到来后再次进入中断，记录当前时间点为t2，设置触发模式为高电平触发，最后计算高电平持续时间为t2-t1，然后等待高电平到来，如此循环可计算出每一路的电平持续时间；

当出现t2–t1<0的情况时，则额外加上定时器的初始值，即t2-t1+定时器的初始值；

s3：将经过s2处理后的信号按照专有的通信协议通信打包，发送至第一输出通道。

如权利要求9所述的无人机遥控信号转换装置，其特征在于，所述s2中，当定时器处理完一路信号后，清除本路信号的中断标志位。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供一种无人机遥控信号转换装置，该装置作为无人机通信链路的一部分，能够连接8通道以下的接收机，并能正确地解析接收机输出的电平信号，按照专有的通信协议，将其转换为通用的异步串行信号，该信号可通过第一输出通道，直接输出到具有串口通讯功能的设备，也可通过第二输出通道转换，供电脑等通用设备读取。电脑读取到控制信号后，将此信号转发到无人机，从而可以达到使用电脑控制无人机的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的信号传输示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为本发明中中断服务函数对信号的处理过程简图。

图中，无人机遥控信号转换装置100、输入通道10、处理器20、第一输出通道30、第二输出通道40、接收机50，设备一60，设备二70。

具体实施方式

参见图2，一种无人机遥控信号转换装置，包括：输入通道、处理器和输出通道；

所述输入通道作为信号的输入，其输入端与无人机遥控器的接收机信号输出端连接，其输出与处理器的输出连接，所述处理器用于将输入通道接收的电平信号进行解析处理，转换成串口信号，传输至输出通道。

通过设置在该装置中的输入通道，捕获接收机的电平信号，该输入通道至少包括8路输入捕获通道，将电平信号输入所述信号转换装置，然后由处理器对该电平信号进行解析处理，所述处理器至少包括一个输入信号端口和一个信号输出端口，将该电平信号转换成串口信号，最后根据专有的通信协议打包，通过设置在该装置中的第一输出通道输出到具有串口通讯功能的设备，或者由第二输出通道输出到个人电脑等通用设备。

优选的，所述无人机遥控器为6通道航模遥控器，用来产生对无人机的控制信号。所述接收机为6通道pwm遥控接收机，即同时有6路pwm信号在进行输出，将遥控器所产生的控制信号以电平脉冲宽度的方式来表示。

所述输出通道为8路输入捕获通道。

优选的，所述的8路输入捕获通道，每一路均可捕获脉冲宽度调制(pwm)信号，使用处理器内部定时器，计算其电平持续时间。所述的8路输入捕获通道，两两通道之间的信号捕获不会相互影响，同时捕获。

优选的，所述处理器为意法半导体32位微处理器stm32。其中共有8个定时器资源，其中包括2个高级定时器，4个通用定时器和2个基本定时器。由于一个定时器最多支持对4路pwm信号进行采样定时，因此这里使用了两个通用定时器，最多可解析8路pwm信号，本发明中只接入了其中的6路进行pwm信号的处理。

所述stm32是由存放在片内flash中的程序来设置其工作状态的，因此，工作是需要对片内的flash进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。同一片stm32，写入不同的编程数据，可以产生不同的电路功能，因此，stm32的使用非常灵活。在本发明中，所述stm32的功能是将接收机的电平信号按照专有的通信协议打包，并转换为异步串行数据输出。

所述输出通道包括相互串联的多个。所述输出通道包括相互串联的第一输出通道和第二输出通道；所述第一输出通道为异步串行接口与处理器的输出相连，使用异步串行通信的方式输出打包好的数据。所述第二输出通道与第一输出通道相连，至少包括一片数据转换芯片和一个usb接口。所述数据转换芯片用于将第一输出通道的异步串行信号，转换为rs-232信号。所述usb接口用于连接电脑。优选的，所述数据转换芯片为usb转串口芯片ch340。

参见图3，所述第一输出通道通过专有的通信协议通信；

所述专有的通信协议由24字节构成，参见表1，包括帧头、功能字、长度字、数据和校验字。所述帧头用于表明一帧数据的开始；所述功能字用于区分该帧数据的功能类型，此处0x03表示该帧数据是控制数据；所述长度字用于表示该帧数据的字节数，此处0x14表示该帧数据的长度为20字节；所述校验字用于对该帧数据进行校验，校验方法为求和校验。

表1无人机遥控信号转换装置中的专有通信协议

目前市面上大部分遥控器接收机的输出的信号是脉冲宽度调制信号(以下简称pwm信号)，同时pwm信号也是一种最基本的电平信号。虽然市面上遥控接收机所输出的pwm信号频率可能各有差异，但是其信号的高电平持续时间是一致的，都使用了1ms到2ms的高电平来表示遥控器上摇杆的位置，正是因为这种标准性，本装置选择对pwm信号进行适配，以支持更多型号的接收机。

要对这种pwm信号进行解析，其基本思想是定时，使用处理器定时器来同时对6路pwm信号的高电平时间进行记录，并且规定1ms时间为最小值，2ms的时间为最大值，下面对这种方法进行详细说明。

所述处理器对接收到的电平信号进行解析处理的过程如下：

s1：定时器的初始化：

开启定时器时钟，记录定时器的初始值，配置输入端口为下拉输入，配置定时器分频器，设置4路通道的输入捕获模式，开启4路通道的捕获并设置为上升沿触发，最后开启中断；

s2：中断服务函数对信号进行如下处理：

由于在上述的初始化阶段开启了中断，当信号的上升沿到来时一定会进入中断当中，因此我们需要编写中断处理函数。中断处理函数的主要做了3件事情，第一是更改输入捕获的触发模式，第二是记录当前定时器的值，第三是计算高电平的持续时间。

参见图3，当高电平没有到来时，触发模式为高电平触发；当高电平到来时进入中断服务函数，进入后记录当前时间点为t1，并且设置触发模式为低电平触发，然后等待低电平到来；当低电平到来后再次进入中断，记录当前时间点为t2，设置触发模式为高电平触发，最后计算高电平持续时间为t2-t1，然后等待高电平到来，如此循环可计算出每一路的电平持续时间；

定时器在处理过程中可能会溢出，当出现t2–t1<0的情况时，则额外加上定时器的初始值，即t2-t1+定时器的初始值即可；

s3：将经过s2处理后的信号进行打包，按照专有的通信协议通信发送至第一输出通道。

作为优化，当定时器处理完一路信号后，清除本路信号的中断标志位。由于一个定时器要同时处理4通道的数据，因此进入中断时可能同时有多路信号都在发出中断请求，所以一个定时器的中断服务程序需要一次处理多路信号的数据，若只处理了一路信号的数据，会造成极大的延时，影响了数据的实时性。这种情况的处理方式是在处理完一路信号过后只清除本路信号的中断标志位，而不是全部清除，这样就可以保证数据的实时性。

参见图1和图2，外部设备与无人机遥控信号转换装置的连接示意图如图2所示，所述外部设备包括：遥控器、接收机、设备一和设备二。

所述接收机与装置的输入通道相连接。所述设备一与第一输出通道相连接，其为具有串口通讯功能的设备，包括但不限于单片机、微处理器或者信号处理器。

所述设备二与装置的第二输出通道相连接，为具有usb接口的设备，包括但不限于电脑或者嵌入式设备。本发明所述的相连接包括但不限于通过信号线、通讯线缆相连接，或者通过焊接的方式相连接。

一种无人机遥控信号转换装置，通过设置在该装置中的输入通道，解析接收机的电平信号，然后由处理器根据专有的通信协议打包后，通过设置在该装置中的第一输出通道输出到具有串口通讯功能的设备，或者由第二输出通道输出到个人电脑等通用设备。该装置作为无人机通信链路的一部分，可以实现使用电脑控制无人机的目的。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的实施例可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。