CN106452556A - 一种基于4g网络的飞行器的数据传输*** - Google Patents

一种基于4g网络的飞行器的数据传输*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，包括机载终端和地面控制平台，所述机载终端安装在飞行器上，所述地面控制平台用于进行数据接收和远程控制，所述机载终端包括微控制器，所述微控制器的数据端连接有数据采集单元，所述数据采集单元包括***传感器模块和摄像头模块，分别用于实现飞行姿态参数采集和视频数据采集，微控制器的网络端口连接有4G通信模块和卫星定位模块，微控制器还连接有电源模块；所述地面控制平台包括中心计算机，所述中心计算机还连接有网络接入设备，所述网络接入设备还连接有移动终端。本发明能够有效实现远距离高速数据传输，且延时小丢包率低，传输效果好。

Description

一种基于4G网络的飞行器的数据传输***
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，具体为一种基于4G网络的飞行器的数据传输***。
背景技术
目前，多旋翼飞行器由于构造简单、操作简易，在影视媒体、物流传输、安全监控等领域有一定的应用价值，是当前研究的一个热点。多旋翼飞行器不仅能够完成飞行任务，而且可以完成航拍任务。一般的航拍***模块主要是采用传统的模拟无线图传模块，或者是近些年兴起的WiFi模块。然而模拟无线图传模块不易数字化处理，WiFi网络可控距离短，以上方案只适合在对实时性和可靠性要求不高的某些领域内应用。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，能够有效实现远距离高速数据传输，且延时小丢包率低，传输效果好，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，包括机载终端和地面控制平台，所述机载终端安装在飞行器上，所述地面控制平台用于进行数据接收和远程控制，所述机载终端包括微控制器，所述微控制器的数据端连接有数据采集单元，所述数据采集单元包括***传感器模块和摄像头模块，分别用于实现飞行姿态参数采集和视频数据采集，微控制器的网络端口连接有4G通信模块和卫星定位模块，微控制器还连接有电源模块；所述地面控制平台包括中心计算机，所述中心计算机还连接有网络接入设备，所述网络接入设备还连接有移动终端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微控制器采用基于ARMCortexM3内核的STM32微控制器，且微控制器还连接有时钟晶振和JTAG调试端口。
作为本发明一种优选的技术方案，：所述***传感器模块包括数据采集卡，所述数据采集卡的输入端连接有传感器组。
作为本发明一种优选的技术方案，所述摄像头模块包括高清摄像头，所述高清摄像头的底部安装有云台，所述云台内还安装有CMOS图像处理器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述4G通信模块包括网络控制器，所述网络控制器上设置有SIM卡槽，SIM卡槽内插接有4GSIM卡，网络控制器的输出端连接GPRS收发器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述卫星定位模块包括北斗基带芯片，所述北斗基带芯片的输入端连接有接收天线，输出端连接有解码器，定位模块用于实现实时定位。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电源模块包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的输出端连接有光伏逆变器，所述光伏逆变器的输出端连接有蓄电池，所述蓄电池的输出端连接到各个单元的电源引脚。
作为本发明一种优选的技术方案，所述网络接入设备包括网络交换机和无线路由器，所述网络交换机的输出端还连接有Modem调制解调器，所述Modem调制解调器连接到微控制器的中心计算机。
作为本发明一种优选的技术方案，所述中心计算机内置有云数据库，云数据库内将接收到的数据分类制成数据表存储，所述移动终端包括智能手机、平板电脑和智能手表，用于实现移动观测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于4G网络的飞行器的数据传输***，通过设置数据采集单元，利用***传感器模块进行飞行器的飞行姿态参数采集，利用摄像头模块进行视频数据采集，且通过设置云台，有效实现摄像头防抖，提高拍摄视频的稳定度；通过设置4G通信模块，利用SIM卡槽插接4G电话卡，结合网络控制器和GPRS收发器实现数据传输，大大提高传输速度和传输距离；通过设置卫星定位模块，利用北斗基带芯片实现实时定位操作；通过设置电源模块，利用太阳能电池板将太阳能转换成电能，结合光伏逆变器和蓄电池实现供电，清洁环保；本发明能够有效实现远距离高速数据传输，且延时小丢包率低，传输效果好。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1-机载终端；2-地面控制平台；3-微控制器；4-数据采集单元；5-***传感器模块；6-摄像头模块；7-4G通信模块；8-卫星定位模块；9-电源模块；10-中心计算机；11-网络接入设备；12-移动终端；13-时钟晶振；14-JTAG调试端口；15-数据采集卡；16-传感器组；17-高清摄像头；18-云台；19-CMOS图像处理器；20-网络控制器；21-SIM卡槽；22-GPRS收发器；23-北斗基带芯片；24-接收天线；25-解码器；26-太阳能电池板；27-光伏逆变器；28-蓄电池；29-网络交换机；30-无线路由器；31-Modem调制解调器；32-云数据库。
具体实施方式
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，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，包括机载终端1和地面控制平台2，所述机载终端1安装在飞行器上，所述地面控制平台2用于进行数据接收和远程控制，所述机载终端1包括微控制器3，所述微控制器3的数据端连接有数据采集单元4，所述数据采集单元4包括***传感器模块5和摄像头模块6，分别用于实现飞行姿态参数采集和视频数据采集，微控制器3的网络端口连接有4G通信模块7和卫星定位模块8，微控制器3还连接有电源模块9；所述地面控制平台2包括中心计算机10，所述中心计算机10还连接有网络接入设备11，所述网络接入设备11还连接有移动终端12；
所述微控制器3采用基于ARMCortexM3内核的STM32微控制器，且微控制器3还连接有时钟晶振13和JTAG调试端口14；所述***传感器模块5包括数据采集卡15，所述数据采集卡15的输入端连接有传感器组16；所述摄像头模块6包括高清摄像头17，所述高清摄像头17的底部安装有云台18，所述云台18内还安装有CMOS图像处理器19；
所述4G通信模块7包括网络控制器20，所述网络控制器20上设置有SIM卡槽21，SIM卡槽21内插接有4GSIM卡，网络控制器20的输出端连接GPRS收发器22；所述卫星定位模块8包括北斗基带芯片23，所述北斗基带芯片23的输入端连接有接收天线24，输出端连接有解码器25；所述电源模块9包括太阳能电池板26，所述太阳能电池板26的输出端连接有光伏逆变器27，所述光伏逆变器27的输出端连接有蓄电池28；所述网络接入设备11包括网络交换机29和无线路由器30，所述网络交换机29的输出端还连接有Modem调制解调器31，所述Modem调制解调器31连接到微控制器3的中心计算机10；所述中心计算机10内置有云数据库32，所述移动终端12包括智能手机、平板电脑和智能手表。
本发明的工作原理：所述机载终端1安装在飞行器上，用于实现飞行器的飞行姿态参数采集和4G数据传输，所述地面控制平台2用于接收数据并进行数据分析处理现实；
4G，***移动电话行动通信标准，指的是***移动通信技术，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等；4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL(4兆)快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求；此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区；很明显，4G有着不可比拟的优越性；
所述北斗基带芯片23采用二号RDSS基带芯片BDM100，基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码；具体地说，就是发射时，把音频信号编译成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解译为音频信号；同时，也负责地址信息(手机号、网站地址)、文字信息(短讯文字、网站文字)、图片信息的编译；
所述微控制器3采用基于ARMCortexM3内核的STM32微控制器，是基于ARMCortexM3内核的一种专门为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计的；
(1)所述微控制器3用于进行数据采集和数据输出控制，它所要处理的信息包括陀螺仪、角速率传感器姿态数据、电调控制输出、遥控器控制输入及摄像头云台舵机控制输出；所述时钟晶振13提供标准的机器振荡周期，所述JTAG调试端口14用于连接上位机进行调试，并下载处理程序；
所述电源模块9为机载终端1供电，从而驱动整个装置进行工作，所述太阳能电池板26将太阳能转换成电能，所述光伏逆变器27将输出的电能进行直流降压变换，所述蓄电池28将变换后的电压变换成稳定低压直流电，分送到各个单元的电源引脚处；
(2)所述数据采集单元4用于实现数据采集操作：所述***传感器模块5用于实现对飞行器飞行姿态参数的采集操作，所述传感器组16包括角速率传感器、飞行速度传感器、温度传感器和光敏信息传感器，分别采集飞行过程的飞行角度、速度、大气温度和光照强度等信息，所述数据采集卡15将采集到的值转换成数字信号；
所述摄像头模块6用于实现视频数据采集，所述高清摄像头17采集视频数据，所述云台18可以保持高清摄像头17稳定，所述CMOS图像处理器19将高清摄像头17采集的视频数据直接转换成图像数据后再进行压缩编码发送至微控制器3；
(3)所述微控制器3接收到采集的数据后，调用内部程序对数据进行初步压缩处理，然后传输至4G通信模块7进行发送；所述卫星定位模块8用于确定当前的飞行器实时位置，所述北斗基带芯片23控制接收来自北斗导航卫星***的信号，所述接收天线24通过电磁感应接收电磁波信号，并将信号进行放大，北斗基带芯片23接收到放大电波后在进行滤波并解调，得到原始信号送入到解码器25，解码器25将数字信号进行解码还原成经纬度信息，并送至微控制器3与数据采集单元4采集到的数据一同发送；
所述网络控制器20在SIM卡槽21中***经过联网认证后的USIM卡，网络控制器20将连接至现有的移动4G通信网络，并且进行传输信道的参数配置，所述GPRS收发器22将待发送数据转换成IP数据后并进行打包压缩，按照配置好的传输信道上传至指定网络端口；
(4)所述中心计算机10安装在实验室或者调控中心，通过网络接入设备11引入网络并进行数据收发，所述网络交换机29实现网络直连，所述无线路由器30用于实现无线连接，网络交换机29将接收到的数据送入到Modem调制解调器31，所述Modem调制解调器31对接收到的数据进行解包操作，也可以将待发送数据进行打包，解包后的数据送入到中心计算机10，所述中心计算机10将接收到的数据进行分类整理并逐条分析，建立云数据库32；所述无线路由器30还可以形成WLAN热点，与移动终端12形成小型局域网进行数据共享，从而通过移动终端12如智能手机等，也可以随时进行数据监测并发出遥控指令。
该基于4G网络的飞行器的数据传输***，通过设置数据采集单元4，利用***传感器模块5进行飞行器的飞行姿态参数采集，利用摄像头模块6进行视频数据采集，且通过设置云台18，有效实现摄像头防抖，提高拍摄视频的稳定度；通过设置4G通信模块7，利用SIM卡槽21插接4G电话卡，结合网络控制器20和GPRS收发器22实现数据传输，大大提高传输速度和传输距离；通过设置卫星定位模块8，利用北斗基带芯片23实现实时定位操作；通过设置电源模块9，利用太阳能电池板26将太阳能转换成电能，结合光伏逆变器27和蓄电池28实现供电，清洁环保；本发明能够有效实现远距离高速数据传输，且延时小丢包率低，传输效果好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，包括机载终端(1)和地面控制平台(2)，所述机载终端(1)安装在飞行器上，所述地面控制平台(2)用于进行数据接收和远程控制，其特征在于：所述机载终端(1)包括微控制器(3)，所述微控制器(3)的数据端连接有数据采集单元(4)，所述数据采集单元(4)包括***传感器模块(5)和摄像头模块(6)，分别用于实现飞行姿态参数采集和视频数据采集，微控制器(3)的网络端口连接有4G通信模块(7)和卫星定位模块(8)，微控制器(3)还连接有电源模块(9)；所述地面控制平台(2)包括中心计算机(10)，所述中心计算机(10)还连接有网络接入设备(11)，所述网络接入设备(11)还连接有移动终端(12)。
2.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述微控制器(3)采用基于ARMCortexM3内核的STM32微控制器，且微控制器(3)还连接有时钟晶振(13)和JTAG调试端口(14)。
3.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述***传感器模块(5)包括数据采集卡(15)，所述数据采集卡(15)的输入端连接有传感器组(16)。
4.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述摄像头模块(6)包括高清摄像头(17)，所述高清摄像头(17)的底部安装有云台(18)，所述云台(18)内还安装有CMOS图像处理器(19)。
5.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述4G通信模块(7)包括网络控制器(20)，所述网络控制器(20)上设置有SIM卡槽(21)，SIM卡槽(21)内插接有4GSIM卡，网络控制器(20)的输出端连接GPRS收发器(22)。
6.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述卫星定位模块(8)包括北斗基带芯片(23)，所述北斗基带芯片(23)的输入端连接有接收天线(24)，输出端连接有解码器(25)，。
7.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述电源模块定位模块(8)用于实现实时定位(9)包括太阳能电池板(26)，所述太阳能电池板(26)的输出端连接有光伏逆变器(27)，所述光伏逆变器(27)的输出端连接有蓄电池(28)，所述蓄电池(28)的输出端连接到各个单元的电源引脚。
8.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述网络接入设备(11)包括网络交换机(29)和无线路由器(30)，所述网络交换机(29)的输出端还连接有Modem调制解调器(31)，所述Modem调制解调器(31)连接到微控制器(3)的中心计算机(10)。
9.根据权利要求1所述的一种基于4G网络的飞行器的数据传输***，其特征在于：所述中心计算机(10)内置有云数据库(32)，云数据库(32)内将接收到的数据分类制成数据表存储，所述移动终端(12)包括智能手机、平板电脑和智能手表，用于实现移动观测。
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