一种地面站通信装置及其配对方法

1.一种地面站通信装置，其特征在于：所述装置包括地面端和飞机端；
所述地面端，用于与智能终端连接，并通过地面端与飞机端之间建立的通信链路，实现智能终端的飞行控制指令和飞行控制器的状态信息的转发；其中，所述飞行控制指令包括指点飞行、航线规划、摇杆控制和跟随飞行，所述飞行控制器的状态信息包括动力电池电压、GPS坐标位置、飞行姿态、高度和速度信息；
所述飞机端，用于与飞行控制器连接，并通过地面端与飞机端之间建立的通信链路，将智能终端的控制指令写入飞行控制器和读取飞行控制器的状态信息；
所述地面端包括蓝牙转串口模块、第一控制器和第一数传模块，所述蓝牙转串口模块和第一数传模块分别与第一控制器连接，所述蓝牙转串口模块通过蓝牙信号与智能终端连接；所述飞机端包括第二控制器和第二数传模块，所述第二数传模块与第二控制器连接，所述第二控制器上的UART接口通过线缆与飞行控制器上的UART接口连接；所述第一数传模块与第二数传模块连接，使地面端与飞机端之间实现短距离无线通信；
所述地面端与飞机端之间建立通信链路，具体为：
所述地面端接收智能终端发送的配对请求指令，生成配对请求消息，启用第一数传模块的配对通道，并配置第一数传模块的本地地址，并通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息；飞机端监听到配对请求消息后，判断配对请求消息中的RSSI值是否大于预设的阈值，若是，配置第二数传模块的本地地址，从配对请求消息里取得通道号，向外发送配对确认消息，然后关闭配对通道，启用配对请求消息里得到的通道号所对应的通道，所述地面端接收飞机端发送的配对确认消息，以完成通信链路的建立。
2.一种地面站通信装置的配对方法，其特征在于：所述方法包括：
地面端接收智能终端发送的配对请求指令；其中，所述配对请求指令包括用户输入的通道号；
所述地面端启用第一数传模块的配对通道，并配置第一数传模块的本地地址；
所述地面端根据配对请求指令和第一数传模块的本地地址生成配对请求消息，并通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息；
所述地面端在飞机端监听到配对请求消息，并对配对请求消息的内容进行处理后，接收飞机端发送的配对确认消息；
所述地面端从配对确认消息里取得飞机端中第二数传模块的本地地址，并将该本地地址配置为第一数传模块正常通信的目的地址；
所述地面端将第一数传模块的通道切换为用户输入的通道号所对应的通道；
所述方法还包括：
飞机端在监听到地面端发出的配对请求消息后，判断该配对请求消息中的RSSI值是否大于预设的阈值；
当配对请求消息中的RSSI值大于预设的阈值时，所述飞机端配置第二数传模块的本地地址；
所述飞机端从配对请求消息里取得地面端中第一数传模块的本地地址，并将该本地地址配置为第二数传模块的目的地址；
所述飞机端从配对请求消息里取得通道号；
所述飞机端向外发送配对确认消息，然后关闭配对通道，启用配对请求消息里得到的通道号所对应的通道；
所述地面端与飞机端配对后，完成通信链路的建立，实现智能终端的飞行控制指令和飞行控制器的状态信息的转发；其中，所述控制指令包括指点飞行、航线规划、摇杆控制和跟随飞行，所述状态信息包括动力电池电压、GPS坐标位置、飞行姿态、高度和速度信息。
3.根据权利要求2所述的配对方法，其特征在于：所述方法在地面端通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息之前，还包括：
所述地面端降低第一数传模块的发射功率。
4.根据权利要求2所述的配对方法，其特征在于：所述地面端配置第一数传模块的本地地址，具体为：
所述地面端随机生成一个地址，将该地址配置成第一数传模块的本地地址。
5.根据权利要求4所述的配对方法，其特征在于：所述飞机端配置第二数传模块的本地地址，具体为：
所述飞机端随机生成一个地址，将该地址配置成第二数传模块的本地地址。
6.根据权利要求4或5所述的配对方法，其特征在于：所述随机生成一个地址，具体为：
采用随机数生成函数，并选定随机数的种子，将经过多次调用随机数生成函数返回的一组随机数作为随机生成的地址。
7.根据权利要求2所述的配对方法，其特征在于：所述配对请求消息包括第一数传模块的本地地址、用户输入的通道号、消息内容字节长度以及用于同步的帧前缀。

一种地面站通信装置及其配对方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种通信装置及方法，尤其是一种地面站通信装置及其配对方法，属于无人机遥控领域。\n背景技术\n[0002] 无人机(全称：无人驾驶飞机)，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。目前的无人机遥控技术通常由遥控发射机和遥控接收机组成：发射机的外部由操纵杆、两段或多段开关、发射天线组成，遥控指令经过发射机内部的电路编码、调制，再经过高频信号放大电路放大后通过外部的天线向外发射电磁波；遥控接收机用于接收以及处理来自遥控发射机的无线电信号，将从其外部天线接收的无线电信号放大、整形、解码，并将接收来的控制信号转换成飞行控制器可识别的信号传输给飞行控制器。\n[0003] 但上述遥控技术只能单向从发射机向遥控接收机发送控制指令，飞行器在空中的各种复杂的飞行动作只能由人通过操作遥控发射机上的操纵杆完成。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种地面站通信装置，该装置可以建立智能终端与飞行控制器之间的无线数据通信链路，实现了将飞行控制指令上传到飞行控制器，以及从飞行控制器下载状态信息的功能。\n[0005] 本发明的另一目的在于提供一种上述地面站通信装置的配对方法。\n[0006] 本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：\n[0007] 一种地面站通信装置，所述装置包括地面端和飞机端；\n[0008] 所述地面端，用于与智能终端连接，并通过地面端与飞机端之间建立的通信链路，实现智能终端的飞行控制指令和飞行控制器的状态信息的转发；\n[0009] 所述飞机端，用于与飞行控制器连接，并通过地面端与飞机端之间建立的通信链路，将智能终端的控制指令写入飞行控制器和读取飞行控制器的状态信息。\n[0010] 进一步的，所述地面端与飞机端之间建立通信链路，具体为：\n[0011] 所述地面端接收智能终端发送的配对请求指令，生成配对请求消息，并通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息；当飞机端监听到配对请求消息，并对配对请求消息的内容进行处理后，所述地面端接收飞机端发送的配对确认消息，以完成通信链路的建立。\n[0012] 进一步的，所述地面端包括蓝牙转串口模块、第一控制器和第一数传模块，所述蓝牙转串口模块和第一数传模块分别与第一控制器连接，所述蓝牙转串口模块通过蓝牙信号与智能终端连接；所述飞机端包括第二控制器和第二数传模块，所述第二数传模块与第二控制器连接，所述第二控制器上的UART接口通过线缆与飞行控制器上的UART接口连接；所述第一数传模块与第二数传模块连接，使地面端与飞机端之间实现短距离无线通信。\n[0013] 本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：\n[0014] 一种地面站通信装置的配对方法，所述方法包括：\n[0015] 地面端接收智能终端发送的配对请求指令；其中，所述配对请求指令包括用户输入的通道号；\n[0016] 所述地面端启用第一数传模块的配对通道，并配置第一数传模块的本地地址；\n[0017] 所述地面端根据配对请求指令和第一数传模块的本地地址生成配对请求消息，并通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息；\n[0018] 所述地面端在飞机端监听到配对请求消息，并对配对请求消息的内容进行处理后，接收飞机端发送的配对确认消息；\n[0019] 所述地面端从配对确认消息里取得飞机端中第二数传模块的本地地址，并将该本地地址配置为第一数传模块正常通信的目的地址；\n[0020] 所述地面端将第一数传模块的通道切换为用户输入的通道号所对应的通道。\n[0021] 进一步的，所述方法还包括：\n[0022] 飞机端在监听到地面端发出的配对请求消息后，判断该配对请求消息中的RSSI值是否大于预设的阈值；\n[0023] 当配对请求消息中的RSSI值大于预设的阈值时，所述飞机端配置第二数传模块的本地地址；\n[0024] 所述飞机端从配对请求消息里取得地面端中第一数传模块的本地地址，并将该本地地址配置为第二数传模块的目的地址；\n[0025] 所述飞机端从配对请求消息里取得通道号；\n[0026] 所述飞机端向外发送配对确认消息，然后关闭配对通道，启用配对请求消息里得到的通道号所对应的通道。\n[0027] 进一步的，所述方法在地面端通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息之前，还包括：\n[0028] 所述地面端降低第一数传模块的发射功率。\n[0029] 进一步的，所述地面端配置第一数传模块的本地地址，具体为：\n[0030] 所述地面端随机生成一个地址，将该地址配置成第一数传模块的本地地址。\n[0031] 进一步的，所述飞机端配置第二数传模块的本地地址，具体为：\n[0032] 所述飞机端随机生成一个地址，将该地址配置成第二数传模块的本地地址。\n[0033] 进一步的，所述随机生成一个地址，具体为：\n[0034] 采用随机数生成函数，并选定随机数的种子，将经过多次调用随机数生成函数返回的一组随机数作为随机生成的地址。\n[0035] 进一步的，所述配对请求消息包括第一数传模块的本地地址、用户输入的通道号、消息内容字节长度以及用于同步的帧前缀。\n[0036] 本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：\n[0037] 1、本发明装置及方法使智能终端与地面端通过蓝牙信号连接，将正常通信时需要使用的通道号发送至地面端，待地面端与飞机端配对完成后，从而建立智能终端与飞行控制器之间的无线数据通信链路，通过无线数据通信链路可以将智能终端的飞行控制指令上传至飞行控制器，以及从飞行控制器下载状态信息。\n[0038] 2、本发明装置及方法通过建立智能终端与飞行控制器之间的无线数据通信链路，不仅可以通过智能终端实现远程控制小型无人飞行器，而且还可以在智能终端的屏幕上实时显示飞行器当前的动力电池电压，GPS坐标位置、飞行姿态、高度和速度等状态信息。\n[0039] 3、本发明装置及方法结合智能终端上的地面站应用程序，可以实现让小型无人飞行器完成如“指点飞行”、“航线规划”、“摇杆控制”、“跟随飞行”等复杂的飞行动作。\n附图说明\n[0040] 图1为本发明的地面站通信装置结构原理框图。\n[0041] 图2为本发明的地面站通信装置的配对方法时序图。\n具体实施方式\n[0042] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。\n[0043] 实施例1：\n[0044] 如图1所示，本实施例的地面站通信装置包括地面端和飞机端，所述地面端通过蓝牙信号与智能终端连接，所述飞机端通过线缆与飞行控制器连接，其中：\n[0045] 所述地面端的主要功能是与飞机端进行配对，并在配对完成后转发智能终端的飞行控制指令(如“指点飞行”、“航线规划”、“摇杆控制”、“跟随飞行”等)和飞行控制器的状态信息(如动力电池电压，GPS坐标位置、飞行姿态、高度和速度等)，包括蓝牙转串口模块、第一控制器和第一数传模块(2.4G无线)，所述蓝牙转串口模块和第一数传模块分别与第一控制器连接，所述蓝牙转串口模块通过蓝牙信号与智能终端连接；\n[0046] 所述飞机端的主要功能是与地面端进行配对，并在配对完成后实现通信协议信息的转换，将智能终端的控制指令写入飞行控制器和读取飞行控制器的状态信息，包括第二控制器和第二数传模块(2.4G无线)，所述第二数传模块与第二控制器连接，所述第二控制器上的UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口通过线缆与飞行控制器上的UART接口连接；\n[0047] 所述第一数传模块与第二数传模块连接，使地面端与飞机端之间实现短距离无线通信，地面端与飞机端之间通过短距离无线通信技术进行数据交换，以建立智能终端与飞行控制器之间的无线数据通信链路。\n[0048] 如图1和图2所示，本实施例的地面站通信装置的配对方法，包括以下步骤：\n[0049] S 1、智能终端通过蓝牙信号与地面端建立连接；\n[0050] S2、用户通过智能终端上的地面站应用程序(APP)输入数传模块正常通信时需要使用的通道号，并以此产生配对请求指令(也就是修改数传通道的指令)，通过蓝牙信号发送到地面端；\n[0051] S3、地面端启用第一数传模块的配对通道(在本实施例中设置通道0为配对通道)，使用该通道可以向外广播配对请求消息；\n[0052] S4、地面端随机生成一个地址，并将该地址配置成第一数传模块的本地地址；\n[0053] S5、地面端降低第一数传模块的发射功率，以便在后续第一数传模块广播配对请求消息时减小覆盖范围；\n[0054] S6、此时智能终端会收到确定接收到修改数传通道指令的信息，然后地面端根据配对请求指令和第一数传模块的本地地址生成配对请求信息，并通过广播地址以一定间隔循环向外广播配对请求消息，该配对请求消息通过以下帧结构向外广播，所述帧结构包括第一数传模块的本地地址、正常通信的通道号(即上述用户输入的通道号)、消息内容字节长度以及用于同步的帧前缀；\n[0055] S7、令飞机端进入配对模式，使飞机端在配对通道(在本实施例中设置通道0为配对通道)里监听地面端发出的配对请求消息；\n[0056] S8、当飞机端监听到配对请求消息，判断该配对请求消息中的RSSI(Received Signal Strength Indicatio，接收的信号强度指示)值是否大于预设的阈值，若是，处理该配对请求消息的内容，进入步骤S9，若否，忽略该配对请求消息；\n[0057] S9、飞机端随机生成一个地址，并将该地址配置成第二数传模块的本地地址；\n[0058] S10、飞机端从配对请求消息里取得地面端中第一数传模块的本地地址，并将该地址配置成第二数传模块的目的地址；\n[0059] S 11、飞机端从配对请求消息里取得通道号；\n[0060] S12、飞机端向外发送配对确认消息，之后退出配对通道，启用配对请求消息里得到的通道号所对应的通道，存储第二数传模块的通道号、本地地址和目的地址；\n[0061] S13、地面端接收到配对确认消息后，从配对确认消息里取得飞机端中第二数传模块的本地地址；\n[0062] S14、地面端将飞机端中第二数传模块的本地地址设置为第一数传模块正常通信的目的地址，并将第一数传模块的通道切换为用户输入的通道号所对应的通道，然后恢复第一数传模块的发射功率，存储第一数传模块的通道号、本地地址和目的地址，将设置通道成功确认的信息返回给智能终端；\n[0063] S15、地面端与飞机端进入正常通信状态，在此状态下，说明智能终端与飞行控制器之间的无线数据通信链路已成功建立，此时地面端可以接收智能终端的飞行控制指令，并通过无线数据通信链路上传至飞行控制器，飞机端可以读取飞行控制器的状态信息，并通过无线数据通信链路下载至智能终端的地面站应用程序以显示。\n[0064] 上述步骤S4和步骤S9中随机生成地址的方法，具体为：采用随机数生成函数，并选定随机数的种子，将经过多次调用随机数生成函数返回的一组随机数作为随机生成的地址。\n[0065] 在一个实施例中，可以采用C语言里的标准库里的随机数生成函数rand()，并采用控制器的当前时钟作为随机数的种子，程序里调用经过多次调用rand()函数返回的一组随机数作为通信时使用的地址。本领域技术人员还可以采用其他任意一种生成伪随机码的方法，例如可以参考生成利用程序M序列的方法。\n[0066] 上述实施例中的智能终端可以为智能手机、PDA智能终端、平板电脑等具有蓝牙模块的设备。\n[0067] 综上所述，本发明装置及方法使智能终端与地面端通过蓝牙信号连接，将正常通信时需要使用的通道号发送至地面端，待地面端与飞机端配对完成后，从而建立智能终端与飞行控制器之间的无线数据通信链路，通过无线数据通信链路可以将智能终端的飞行控制指令上传至飞行控制器，以及从飞行控制器下载状态信息。\n[0068] 以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。