基于蓝牙协议的多旋翼无人机无线遥控系统的研究与设计

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随着飞控算法的丰富成熟、资本的注入等因素,多旋翼无人机作为微型无人机的主流之一,其相关研究在各大院校、公司如火如荼开展进行中,多旋翼的技术也因此得到快速发展和推广,其应用领域也呈现多面化。然而,当下多旋翼无人机大多使用航模遥控器实现飞行姿态控制,而航模遥控器价格昂贵,体积大而不便于携带,灵活性低。与此同时,面对日渐复杂化的应用,为使产品更具灵活性和可拓展性,飞控芯片化势在必行,FPGA定制的飞控实现亦可作为飞控芯片实现的原型验证,加速飞控芯片化开发进程。针对上述问题,通过对多旋翼无人机的研究与分析,本文基于蓝牙协议,提出了一种新颖的多旋翼无线遥控系统。该系统主要包含两个子系统:基于Andorid的蓝牙遥控器App和基于AMBA总线的多旋翼遥控接收处理平台。蓝牙串口HC-05模块作为无线通信桥梁以实现两个子系统之间的数据传输。基于Andorid的蓝牙遥控器App是对航模遥控器的精简、模拟化,提取其主要功能,实现左右控杆控制,一键解锁、上锁,以及PID参数的在线调整。为了能够正确区分遥控数据和PID数据,为不同的数据设置了不同的数据包格式。为了提高App的便利性,利用JAVA反射机制实现蓝牙的自动配对连接。为了保证数据的正确性和完整性,采用CRC-CCITT算法实现二次校验于蓝牙数据传输中,利用此检错机制来摒弃受干扰的数据。基于AMBA总线的多旋翼遥控接收处理平台负责接收、读取、校验来自遥控器App的数据,并对数据进行范围限定、数据中心化等数据融合操作。FPGA电路设计由AHB总线和APB总线两大部分组成;APB总线负责外设接口处理,包括蓝牙串口模块,调试串口模块,看门狗模块,APB桥模块等;AHB总线负责数据处理,包括接收处理主机功能模块,配置监视主机功能模块,总线仲裁模块等。本文使用Android Studio作为App软件开发环境,以Zynq7020为核心的Zed Board为硬件实现平台,搭连STM32进行测试验证。以蓝牙RSSI,平均传输时间,以及数据传输鲁棒性作为系统性能测试标准,测试结果分析表明系统最大有效传输距离为20 m,针对低成本多旋翼的无线遥控是可行、可靠的。此无线遥控系统实现低成本、低功耗,以及高灵活,简化控制网络,易维护。
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