无人机飞控地面站系统及其工作方法与流程

本发明涉及无人机，更具体地说是指无人机飞控地面站系统及其工作方法。

背景技术：

无人驾驶飞机简称无人机，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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

无人机在飞行时，需要飞控地面站的配合，现有无人机飞控地面站系统无法采用的是单无人机地面站与飞控地面站采用无线数传通信方式，由于系留无人机系统复杂，整个系统由地面电源子系统、地面收放线子系统、无人机机载监控子系统、无人机飞控子系统、地面站监控子系统组成，各个系统分立控制操作，会造系统开发难度大，控制方法复杂，存在系统各个模块协调性差问题，目前的无人机飞控地面系统并不可与整个系留无人机系统所有子系统实现数据交互，用户也无法通过无人机飞控地面系统控制所有子系统，集成程度低。

因此，有必要设计一种新的系统，实现无人机飞控地面系统可与整个系留无人机系统所有子系统实现数据交互，提高集成程度，且便于通过无人机飞控地面系统控制所有子系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供无人机飞控地面站系统及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：无人机飞控地面站系统，包括下位机、rtk单元、控制单元、无线数传通信单元以及蓝牙通信单元；所述rtk单元，用于获取静态地面基站卫星数据；所述无线数传通信单元，用于获取无人机飞控子系统状态数据，将无人机飞控子系统状态数据以及静态地面基站卫星数据上传至控制单元；所述蓝牙通信单元，用于获取地面电源子系统状态数据和地面收放线子系统状态数据，并上传至控制单元；所述控制单元，用于根据所述无线数传通信单元以及所述蓝牙通信单元上传的数据进行分析，以输出分析结果至下位机，且获取来自下位机的操作指令，以输出控制信号至无人机飞控子系统、地面电源子系统状态数据和地面收放线子系统；所述下位机，用于显示分析结果以及获取用户操作的操作指令。

其进一步技术方案为：还包括存储单元，其中，所述存储单元，用于存储所述无人机飞控子系统状态数据、静态地面基站卫星数据、地面电源子系统状态数据和地面收放线子系统状态数据。

其进一步技术方案为：还包括状态指示单元，其中，所述状态指示单元，用于指示rtk单元、控制单元、无线数传通信单元以及蓝牙通信单元的工作状态。

其进一步技术方案为：还包括供电单元，所述供电单元，用于对所述rtk单元、控制单元、无线数传通信单元、蓝牙通信单元、存储单元以及状态指示单元供电。

其进一步技术方案为：所述控制单元包括主控单元u1a、u1b，所述主控单元u1b还连接有与所述下位机连接的通信口，所述主控单元u1a与所述供电单元连接，所述主控单元u1b分别与所述rtk单元、无线数传通信单元、蓝牙通信单元、存储单元以及状态指示单元连接。

其进一步技术方案为：所述无线数传通信单元包括数传芯片u20。

其进一步技术方案为：所述蓝牙通信单元包括蓝牙通信芯片u46。

其进一步技术方案为：所述rtk单元包括rtk驱动芯片u11。

其进一步技术方案为：所述状态指示单元包括若干个指示灯。

本发明还提供了无人机飞控地面站系统的工作方法，包括：

rtk单元获取静态地面基站卫星数据；无线数传通信单元获取无人机飞控子系统状态数据，将无人机飞控子系统状态数据以及静态地面基站卫星数据上传至控制单元；蓝牙通信单元获取地面电源子系统状态数据和地面收放线子系统状态数据，并上传至控制单元；控制单元根据所述无线数传通信单元以及所述蓝牙通信单元上传的数据进行分析，以输出分析结果至下位机，且获取来自下位机的操作指令，以输出控制信号至无人机飞控子系统、地面电源子系统状态数据和地面收放线子系统。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置无线数传通信单元、蓝牙通信单元以及rtk单元，实现获取系留无人机系统中子系统的状态信息，且设置与控制单元连接的下位机，通过下位机显示系留无人机系统中子系统的相关信息，还可以通过操作下位机以生成操作指令，并经过控制单元、无线数传通信单元、蓝牙通信单元控制系留无人机系统中子系统，实现无人机飞控地面系统可与整个系留无人机系统所有子系统实现数据交互，提高集成程度，且便于通过无人机飞控地面系统控制所有子系统。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的无人机飞控地面站系统的结构示意框图；

图2为本发明具体实施例提供的控制单元的电路原理图；

图3为本发明具体实施例提供的无线数传通信单元的电路原理图；

图4为本发明具体实施例提供的蓝牙通信单元的电路原理图；

图5为本发明具体实施例提供的第一供电模块的电路原理图；

图6为本发明具体实施例提供的第二供电模块的电路原理图；

图7为本发明具体实施例提供的第三供电模块的电路原理图；

图8为本发明具体实施例提供的存储单元的电路原理图；

图9为本发明具体实施例提供的rtk单元的电路原理图；

图10为本发明具体实施例提供的状态指示单元的电路原理图；

图11为本发明具体实施例提供的通信口的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～11所示的具体实施例，本实施例提供的无人机飞控地面站系统，可运用于使用无人机的场景，另外，用户可通过对下位机80的操控，控制整个无人机系统内的其他子系统。

请参阅图1，上述的无人机飞控地面站系统，包括下位机80、rtk单元30、控制单元10、无线数传通信单元20以及蓝牙通信单元40；rtk单元30，用于获取静态地面基站卫星数据；无线数传通信单元20，用于获取无人机飞控子系统21状态数据，将无人机飞控子系统21状态数据以及静态地面基站卫星数据上传至控制单元10；蓝牙通信单元40，用于获取地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42状态数据，并上传至控制单元10；控制单元10，用于根据无线数传通信单元20以及蓝牙通信单元40上传的数据进行分析，以输出分析结果至下位机80，且获取来自下位机80的操作指令，以输出控制信号至无人机飞控子系统21、地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42；下位机80，用于显示分析结果以及获取用户操作的操作指令。

上述的无人机飞控地面站系统集成了rtk(实时动态，real-timekinematic)单元30作为地面基站给飞控提供静态地面基基站卫星数据，通过无线数传通信单元20与飞控端通信，同时还集成了蓝牙单元，能够同时与地面电源模块以及地面端收放线模块通信，实时监控地面电源状态，地面收放线状态，控制单元10与下位机80连接，用户可以通过下位机80控制其他单元以及系留无人机系统的其他子系统，极大的提高系留无人机系统集成度，使系留无人机系统简化，开发难度降低。

在一实施例中，请参阅图8，上述的无人机飞控地面站系统还包括存储单元70，其中，存储单元70，用于存储无人机飞控子系统21状态数据、静态地面基站卫星数据、地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42状态数据。

具体地，控制单元10实时将数据打包成相应的存储格式，发送到存储单元70实现实时数据储存功能。该数据包括地面站电源状态信息、电压、电流、电源温度、功率、故障报警等信息、地面站收放线系统状态信息、收放线速度、加速度、系留线收放总长度、故障报警等信息、地面基站gps定位信息；即数据包括无人机飞控子系统21状态数据、静态地面基站卫星数据、地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42状态数据，存储单元70可用于协调各个单元的数据链逻辑。

在本实施例中，上述的存储单元70包括sd卡su1，利用sd卡su1进行数据存储。sd卡su1可实现日志记录，以便于后续的各项状态参数指标实时存储分析，成本低，实时性好，存储容量大。

在一实施例中，请参阅图10，上述的无人机飞控地面站系统还包括状态指示单元50，其中，状态指示单元50，用于指示rtk单元30、控制单元10、无线数传通信单元20以及蓝牙通信单元40的工作状态。

上述的状态指示单元50用于地面站系统电源通电指示、mcu运行状态指示、蓝牙连接配对正常、数据收发状态指示、无线数传电台配对收发状态指示、rtk定位状态指示。

在本实施例中，上述的状态指示单元50包括若干个指示灯。

具体地，指示灯与控制单元10之间连接有开关元件，所述开关元件包括三极管，该三极管的基极与控制单元10连接，三极管的发射极接地，三极管的集电极与指示灯连接，指示灯还与供电单元60连接，通过控制单元10控制开关元件的导通或截断，从而实现供电单元60对指示灯的供电还是断开供电，进而达到指示灯的亮或灭。

在一实施例中，上述的无人机飞控地面站系统还包括供电单元60，供电单元60，用于对rtk单元30、控制单元10、无线数传通信单元20、蓝牙通信单元40、存储单元70以及状态指示单元50供电。

具体地，供电单元60包括第一供电模块、第二供电模块以及第三供电模块，其中，第一供电模块用于将12v的主电源降压至5v，以供给无线数传通信单元20、蓝牙通信单元40、存储单元70以及状态指示单元50；第二供电模块，用于将12v的电源降压至3.3v，以供给控制单元10；第三供电模块，用于将12v的主电源降压至5v，以供给rtk单元30。

在一实施例中，请参阅图5，上述的第一供电模块包括第一电源管理芯片u6，该第一电源管理芯片u6通过接口u42与外部电源连接，第一电源管理芯片u6的型号为但不局限于sp6178；另外，第一供电模块还包括第二电源管理芯片u5，该第二电源管理芯片u5的型号为但不局限于sot23-4；该第二电源管理芯片u5与第一电源管理芯片u6连接，第二电源管理芯片u5将第一电源管理芯片u6输出的5v电压将至3.3v，可供给控制单元10。外部电源可以直接供给状态提示单元中的电源指示灯。

在一实施例中，请参阅图6，上述的第二供电模块包括第三电源管理芯片u10，该第三电源管理芯片u10与外部电源连接，另外，上述的第三电源管理芯片u10的型号为但不局限于ns6112。

在一实施例中，请参阅图7，上述的第三供电模块包括第四电源管理芯片u8，其中，该第四电源管理芯片u8与外部电源连接，第四电源管理芯片u8将12v的电源电压降压至5v电压，供给rtk单元30。第四电源管理芯片u8的型号为但不局限于sp6178。

另外，上述的第三供电模块还包括第五电源管理芯片u21，该第五电源管理芯片u21的型号为但不局限于sc5832；该第五电源管理芯片u21与第四电源管理芯片u8连接，第五电源管理芯片u21将第四电源管理芯片u8输出的5v电压将至3.3v，可供给rtk单元30。

在一实施例中，请参阅图2，上述的控制单元10包括主控单元u1a、u1b，主控单元u1b还连接有与下位机80连接的通信口，主控单元u1a与供电单元60连接，主控单元u1b分别与rtk单元30、无线数传通信单元20、蓝牙通信单元40、存储单元70以及状态指示单元50连接。

其中，主控单元u1a、u1b的型号为但不局限于stm32f4xxr2。另外，主控单元u1b连接有时钟单元，该时钟单元用于控制单元10计时；该时钟单元包括振荡器x1。

主控单元u1b连接有发光二极管d1、d2，利用发光二极管d1、d2的亮或灭来指示控制单元10的工作状态。

在一实施例中，请参阅图11，上述的通信口包括usb连接器j1，该usb连接器j1分别与主控单元u1b以及下位机80连接，上述的usb连接器j1的型号为但不局限于zx62d-ab-5p8(30)，另外，上述的通信口还包括rs232通信芯片，该rs232通信芯片分别与主控单元u1b以及下位机80连接，利用usb连接器j1连接下位机80或者其他外部设备，主控芯片u1b驱动蓝牙通信单元40接收来自地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42状态数据，驱动无线数传单元接收来自无人机飞控子系统21状态数据，将两者数据整合打包，通过rs232通信芯片发送到pc端下位机80，供用户监测各个子系统的状态。

经rs232通信芯片接收来自下位机80的操作指令，主控芯片u1b进行操作指令判断、处理、经无线数传通信单元20或蓝牙通信单元40发送给对应的子系统，完成用户对各个子系统控制需求。将rtk单元30将地面基站gps定位信息实时经数传电台发送给无人机飞控子系统21，以使得无人机飞控子系统21实现rtk差分定位高精度功能。

在一实施例中，请参阅图3，上述的无线数传通信单元20包括数传芯片u20，该数传芯片u20的型号为但不局限于mcd2005。利用数传芯片u20实现地面端与无人机端通信数据链路，接收无人机飞控子系统21下传数据，接收后经过控制单元10处理后传达到下位机80进行状态显示，同时用户可操作下位机80给无人机飞控子系统21上传相应指令。

另外，上述的数传芯片u20还连接有用于指示数传芯片u20的工作状态的发光二极管d16、d17。

在一实施例中，请参阅图4，上述的蓝牙通信单元40包括蓝牙通信芯片u46。蓝牙通信芯片u46与地面电源子系统41、地面收放线子系统42通信，接收地面电源子系统41、地面收放线子系统42下传状态数据。接收后经过控制单元10处理后传达到下位机80状态显示，同时用户可操作下位机80给无人机飞控子系统21上传相应的指令。

另外，上述的蓝牙通信芯片u46还连接有用于指示蓝牙通信芯片u46的工作状态的发光二极管d14、d13。

无人机飞控地面站系统与系留无人机系统中的各个子系统通信采用无线数传通信单元20和/或蓝牙通信单元40等无线通信方式，无需电缆，简化系统资源，降低操作难度，无需布线更加方便快捷。

在一实施例中，请参阅图9，上述的rtk单元30包括rtk驱动芯片u11，该rtk驱动芯片u11的型号为但不局限于rtk_connect_28。

上述的无人机飞控地面站系统，通过设置无线数传通信单元20、蓝牙通信单元40以及rtk单元30，实现获取系留无人机系统中子系统的状态信息，且设置与控制单元10连接的下位机80，通过下位机80显示系留无人机系统中子系统的相关信息，还可以通过操作下位机80以生成操作指令，并经过控制单元10、无线数传通信单元20、蓝牙通信单元40控制系留无人机系统中子系统，实现无人机飞控地面系统可与整个系留无人机系统所有子系统实现数据交互，提高集成程度，且便于通过无人机飞控地面系统控制所有子系统。

在一实施例中，还提供了无人机飞控地面站系统的工作方法，包括：

rtk单元30获取静态地面基站卫星数据；无线数传通信单元20获取无人机飞控子系统21状态数据，将无人机飞控子系统21状态数据以及静态地面基站卫星数据上传至控制单元10；蓝牙通信单元40获取地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42状态数据，并上传至控制单元10；控制单元10根据无线数传通信单元20以及蓝牙通信单元40上传的数据进行分析，以输出分析结果至下位机80，且获取来自下位机80的操作指令，以输出控制信号至无人机飞控子系统21、地面电源子系统41状态数据和地面收放线子系统42。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述无人机飞控地面站系统的工作方法的具体实现过程，可以参考前述的无人机飞控地面站系统实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。