四旋翼飞行器无线遥控技术资料课件.ppt

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1、四旋翼飞行器无线遥控技术,一、无线遥控技术的介绍二、无线遥控工作原理三、无线电遥控设备的分类四、无线电遥控系统五、遥控器关键部件及四旋翼飞行器启动方法六、无线电遥控设备的常见调制方式七、无线电遥控设备的常见解调方式八、无线电遥控的设计开发九、无线视频传输技术,一、无线遥控技术的介绍,遥控技术是对受控对象进行远距离控制和监测的技术。它是利用自动控制技术，通信技术和计算机技术而形成的一门综合性技术。一般都是指对远距离的受控对象的单一的或两种极限动作进行控制的技术，在人们的生产生活中具有广泛的应用空间。完成遥控任务的整套设备称遥控系统。遥控系统既可传送离散的控制信息（例如开关的通断），也可传送连续的

2、控制信息（例如控制发动机油门大小）。一般用无线电信道传输控制信息（指令），如遥控距离较近或被控对象在低空飞行（如反坦克 导弹），也可用光通信线路或有线电通信方法传输控制信息。,图1.无线遥控工作过程图,1.1各种遥控方式比较,无线电遥控：就是指利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的技术。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械，去完成各种操作，如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后，再由这些机械进行需要的操作。所以，各个控制的信号在频率和延续的时间上都彼此不同，对于控制船舶、飞机、导弹等海空行体的应用上极为广泛。电信号：是指代表某种信息(如声音、图像等)或指令的电流或电

3、压，也称为原始信号或基带信号。,遥控指令：遥控系统中由控制端向被控端传送的指示被控对象工作或如何工作的命令（信号） 。遥控指令的特点：特征明显、相互间易于区分（电信号）。例如用不同频率代表不同的指令，或用不同幅度、脉宽、相位及码组特征等表尔各种指令，也可用声音、图像、文字、数据等作为遥控用的指令信号。 遥控指令的输入方式：按键、开关、键盘，还有声音、光信号。 无线电遥控过程：遥控指令载波（电磁波）发射空间传输接收执行。,1.2 遥控装置(系统)及其分类完成遥控任务的整套设备称为遥控系统或遥控装置。通常、将控制距离远、设备较复杂的称为遥控系统；而将控制距离较近、设备简单的称为遥控装置或遥控器。遥

4、控系统(装置)的分类：按被控对象及其特性分类，有固定式遥控和活动式遥控。按被控对象的控制特性或控制信号(指令)的特性可分两类：一是开关型控制对被控对象的状态进行单一的通断控制；另类是连续型控制：对被控对象的状态进行连续调整。,1.3 遥测和遥控的关系及开环、闭环控制系统（1）遥控和遥测的关系：,常用的监测系统：遥测、雷达和电视监控等。,（2）闭环控制系统：有完善的监测系统（设备）的遥控系统。 （3）开环控制系统：无需监测设备的简单遥控系统（监测常由控制者的眼睛实现）。,无线电遥控的频率,为了防止无线电波遥控装置发射的无线电频率对其他无线电设备（如收音机、电视等）造成干扰，无线电管理委员会专门划

5、拨一些频率供业余无线电爱好者使用。常用无线电业余频率范围2738MHz、4048.5MHz、72.5574.5MHz、150.05167MHz等,无线电遥控的特点 无线电遥控式使用无线电为载体来传送遥控命令的，具有较强的辐射能力，能穿越墙壁和障碍物，遥控距离远等特点。无线电遥控的缺点是，容易引起互相干扰。为避免互相干扰造成误操作，也为避免其他众多的无线电发射装置所发射的无线电波对遥控装置的干扰，在实际应用中，必须采用编码技术。,二、无线遥控的工作原理,图2.无线遥控系统结构图,所有遥控方式均由发射与接收两大部分组成。其中发射电路的主要作用是产生载波，并由调制解调器将指令信号调制在载波上，经天线

6、将以调制载波发射出去。接收电路包括高频部分及解调器部分（解码器）。,指令产生器,编码器,发射电路,接收电路,译码器,处理器,执行机构,控制指令,信号放大器,调制器,变频器,激励放大,输出功率放大,天线开关,控制指令,信号放大器,解调器,混频放大与滤波,混频器,高频放大,载波振荡器,本地振荡器,图3.无线控制系统基本组成,遥控指令产生器：有简单的电源控制开关，单通道发射器；复杂的如频分多路(FDM)遥控设备，时分多路(DTM)遥控设备等。发射电路通常包括调制电路高频振荡器和执行电路等。简易的：单通道发射电路。一般常见的：调制式发射机（含高频载波振荡器、音频振荡级、调制电路、末级功率放大级等）。接

7、收机包括接收电路和译码电路(简易的无译码)。接收电路按其用途、灵敏度高低和放大类型可分为超再生接收电路和超外差式接收电路。译码电路的译码是发端编码的逆过程，对原各指令信号进行鉴别、再现，然后将恢复原状的指令信号送到相应的执行放大电路，再驱动执行机件或执行机构。,三 、无线电遥控设备的分类,单通道,开关型,比例型,超再生式,超外差式,单路多通道,多路多通道,1、单通道遥控和多通道遥控只有一个通道的无线电遥控设备的控制叫做单通道遥控。将有两个或两个以上通道的无线电遥控设备的控制叫做多通道遥控。,单路多通道是指在同一时间内只准许发送一个控制指令，即不同路的遥控指令只能一个接一个地传送，它的执行机件也

8、只能一个一个地动作。多路多通道可在同一时间内同时传送多个遥控指令，它的执行机件在同一时间内可同时执行或动作。多路多通道的无线电遥控设备在多个通道同时工作时，在空间也具有相同路数的无线电波传播通道。 *通行指令信号的“道路”叫做通道，每个遥控指令都有自己的通道。（结论：通道无线电波频带）,例如：某遥控系统有可以发出8个控制指令（相应的执行机 构就有8个不同动作，发射机相应发出8个不同信号），但同时只能发出3个控制指令（执行机构同时进行3个动作），则该遥控系统为8路3通道遥控。,2、开关型遥控和比例型遥控根据控制指令的性质和被控对象状态的不同，遥控设备可分为开关型和比例型两种。开关型的操纵器通常是

9、开关(包括机械开关和电子开关)，其控制指令的电信号只有两种状态（有与无、1与0）。,比例型遥控的控制指令的电信号是随时间连续变化的。最简单比例型操纵器是电位器。,应用实例：比例调速无线遥控电动机电路（见下图1-8）。由入空比可变的发射电路和接收驱动电路两大部分组成。,3、频分制无线电遥控 频分制无线电遥控与频分制无线电语音通信的工作原理类同：两者都要利用调制器对要传送的语音信号(天线电通信信号)或指令信号(无线电遥控信号)进行副载波调制，实施频谱迁移；两者都要进行高频载波调制，实现无线电波的对空发射和接收。,频分制单路遥控设备：在同一时间内仅可传送一个控制指令。,频分制多路遥控设备：同一时间内

10、可以同时传送多个控制指令。,4、时分制多路无线电遥控（1）频分制多路遥控的特点：适用于传送连续的指令信号，可同时进行多路控制，但遥控的数日不宜过多。频分多路遥控的每路控制信号在频域中占据着有限的不同频率区间，但每个控制信号占据着整个时域。,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,t间隔防护时间,频率,频率,f 防护频带,（a）频分多路,（b）时分多路,频分多路和时分多路的空间示意图,时间,时间,（2）时分多路遥控的特点时分多路遥控是利用时间的正交性，即以时间作为信号分割的参量，使各路信号各占一小段时间（常称为时隙)，并在时间轴上互不重叠。它利用不同时隙来传送不同路的遥控信号。优

11、点如下：在时分多路电路中，各路信号的编码与译码、多路信号的汇合与分路均采用数字电路，比颇分多路采用的模拟滤波器、选频器进行分路要简单、可靠，且体积小、重量轻。在频分多路装置中，由于电路和传输通道的非线性，易产生交替失真和高次谐波，易引起路间串扰；而在时分多路装置中，多采用数字集成器件，相对于使用模拟器件的非线性失真要小得多。,（3）时分多路遥控设备的组成,四、无线电遥控系统,遥控系统可分为飞行器遥控设备(系统)和地面遥控设备(系统)，它们一般由指令程序机构（或计算机）、传输设备和监测设备组成。,控制指令产生 根据预定状态数据和被控对象的实时数据，由操纵人员人工发出，或由程序机构或计算机自动产生

12、各种控制指令。传输设备 实质上是多路通信设备，能把指令信号送往远距离的被控对象。监测设备 用以监测被控对象的状态和参数变化，使控制站及时了解控制效果。飞行器遥控系统中常用的监测手段有遥测、雷达、电视等。,无线电遥控模型的设备组成,无线电遥控模型的设备一般都包括以下几个部分遥控发射机、遥控接收机、执行舵机、电子调速器组成。,遥控发射器 遥控发射器就是我们所说的遥控器，它是来操控我们的模型的，由于它外部有一个长长的天线，遥控指令都是通过机壳外部的控制开关和按钮，经过内部电路的调制、编码，再通过高频信号放大电路由天线将电磁波发射出去。发射电路一般由主振电路、中间放大、射频功放输出、编码和调制等部分组

13、成。,主振,中放,功放,编码,发射天线,图4.发射器组成框图,1）主振环节主振电路是一个高频正弦振荡器，用来生成载波信号。主振电路与红外和超声遥控中采用多谐振荡器不同，而是必须采用正弦波振荡器。正弦波振荡器由放大电路、正反馈电路、选频电路等部分组成。高频振荡器必须用LC回路为选频元件，但LC正弦振荡器稳定性不能满足要求，使用适应晶体稳频，稳定度容易做到10-5而且不易受人体感应及分布电容影响，因此在实用射频遥控装置中必须使用晶体振荡器。,2）中间级放大环节中间级放大器是对载波进行放大，然后去推动高频功率放大器。中间放大器根据发射功率需要，可以由一级，也可以由多级电路组成。我们把高频功放输出与主

14、振级之间的电路统称为中间级。3）功放输出环节功放输出时对载波信号进行功率放大，并用LC槽路滤除谐波成分，尽量保持载波信号为完美的正弦波送到天线发射。,4）高频功率放大环节由于主振级输出的高频载波功率很小，一般不能满足遥控距离的要求，需要进行功率放大后差异较大，如果设计和调试不当，会使工作效率很低，难以输出有效功率，甚至完全不能工作并可能烧坏功率输出三极管。5）编码环节编码器有二进制、五进制、八进制、十六进制、二十一进制及优先编码制等。常用的是二进制编码器。现以二进制编码器为例，假设一个电路有A3、A2、A1、A0 4路输出线，其对应电压值分别为3V、0V、0V、3V。其逻辑状态为高、低、低、高

15、，即1、0、0、1，用二进制表示为1001。由此可以看出，编码器可以实现多通道控制，具有电路结构简单、高可信度及很强的抗干扰能力。因此广泛应用于遥控电路中。,目前模型常用的遥控发射机有三种类型：一种是盒式按键手持用的小型遥控发射机；一种是便携杆式遥控发射机；另一种是手持枪式遥控发射机。前一种多为开关式模拟电路的遥控系统，为一般普通的玩具遥控车模、船模或航模使用，电路的设计和制作比较简单，动作的指令都为“开”和“关”两种，遥控的性能和距离较低。而发射机为杆式和枪式两种通常为比例虽然通道的数量可以很多式的无线电遥控器，在动态仿真模型中是当今最为流行的遥控操作系统，由于这两种在调制、编码和电路的组成

16、等方式的不同，其性价比有很大的差异。,图5.普通杆式遥控发射机,电池盒,油门比率调整,转向比例调整,电源开关,电源指示灯,液晶显示屏,油门微调键,发射器天线,转向微调键,方向盘,通道开关,编辑功能键,油门,图6.枪式遥控发射机,测控地面站：高度集成了测控计算机、高亮触摸屏、图像存储设备、数传电台、图传电台、控制键盘及摇杆于一体，具有宽温、多任务接口、超长待机、防震防水等特性,图7.四旋翼飞行器测控地面站,遥控接收器,遥控接收器是安装在模型上用来接收无线电信号的。接收器处理来自遥控发射机的无线电信号，将所接收的信号进行放大、整形、解码，并把接收来的控制信号转换成执行电路可以识别的音频信号或是数字

17、脉冲信号，传输给模型上的其他电子部件，如：舵机电路、电子调速器电路等执行机构，一般都尽量做得很小巧，有两个火柴合大小，重量仅几十克，但大都为具有很高的灵敏度，性能低一些的接收距离也有几百米，而好的却能接收千米外发射来的无线电信号。接收机一般都要与发射机配套使用。,接收天线,放大,功放,解码,驱动执行,负载,图9.接收器组成框图,1）接收天线接收天线将所感应到发射器发出的微弱的载波信号接收过来，然后对从天线上感应的各种频率信号进行选择，空中充满了各种频率的电磁波，它们都能在天线上感应出微弱的信号，接收电路应能选择出我们所需要的信号。2）放大环节 因从天线上得到的载波信号十分微弱（常常仅几微伏），

18、必须对其进行多级放大和功率放大，并要求有足够的放大倍数，才能满足执行电路的要求。,3）解码电路将遥控命令信号（调制信号）从载体上“卸下来”，也就是要对调制了的载波进行解码。即将接收天线所感应到的微弱的载波信号放大后，恢复成遥控命令信号（即调制信号），并进行相应的译码得到控制信号去驱动执行机构。4)驱动执行环节根据遥控信号命令，执行对负载的各种控制与操作。5)负载负载即被控对象。,伺服舵机,舵机是把从接收机传来的信号转换为机械的动作的一种机电一体的装置，主要作用是把接收机收到的电信号转换成相应的机械动作，借此完成方向和速度的控制。伺服舵机根据不同用途又可分为普通舵机、强力舵机和微型舵机。普通舵机

19、能满足一般使用要求；强力舵机通常被用在较大的模型或受力较大的控制机构上。,图10.伺服舵机,4）电子调速器,电子调速器就是我们通常所说的电调，是专门用在电动遥控模型上的动力输出控制装置，它是控制车模或船模上的电动机的转速和正转反转的一种电子控制电路。也可以说电子调速器是接收来自接收机控制信号的一种放大装置，它将所接收到的比例信号放大成电动机可直接使用的电压和电流供电动机工作。它与普通的机械式调速器相比，有体积小、寿命长、效率高、输出功率大的优点。一些高级的电子变速器还运用了数码技术，采用高频操作，有多种程式刹车、温控自动保护以及自动断电等功能。,航空航天遥控系统有下列一些技术特点： 飞行器上一

20、般用低增益的全向性（或宽波束）天线。为保证远距离的飞行器在任何姿态下都能接收到指令，遥控系统的发射功率必须很大，而且采用有自动跟踪能力的高增益定向天线。 为了对飞行器实行实时控制，要求遥控系统有很大的指令容量（指令条数多）。传输设备常采用各种编码技术，以保证遥控系统具有抗干扰能力强和控制精度高的优点。 飞行器上的指令接收机能适应严酷的空间环境，并且体积小、重量轻、耗电少、可靠性和稳定性高。,五、遥控器关键部件及四旋翼飞行器启动方法,所有飞行用遥控器都会包括有天线、油门、电源、微调旋钮、配对按键、操作杆（杆式遥控发射器）等。升降舵操纵杆：用于使主旋翼前后倾斜，飞机前进、后退、停止、悬停等；有速度

21、时也用于上升和下降。 方向舵操纵杆：用于改变方向。油门操纵杆：通过控制发动机的转速，使飞机上升和下降，也用于停止和悬停。配对按键：用于把发射机和接收机联结起来，使接收机能够识别并接收到发射机发出的指令并执行。,四旋翼飞行器启动方法1）检查：检查电源，电路，接收发机，舵机是否一切正常所有部件是否安装牢固。2）配对：先开发射机，后开接收机，连接配对线，通过配对键进行配对。看是接收机是否能够接收到发射机的指令。3）测试发射机的有效距离，一般的设备在地面的有效距离为3400米之外仍可操作，在空中则为地上的三倍。通常简单的方式是把发射机的天线收起，在距离飞机约3060米测试。在测定舵机时，要特别注意油门

22、舵机的正确度；4）轻推油门启动全部电机，升空飞行。5）在飞行器俯仰方向、横滚方向和航向角方向轻轻推动摇杆查看飞行器移动趋势是否正确。如不正确更改参数设置6）降落时，想保持悬停状态，在缓缓拉低油门。,1、调制和调制的作用（1）调制：所谓调制就是用基带信号控制裁波的某一个或几个参数，使载波的参数按照基带信号的变化规律而变化。（2）调制的作用： 将基带信号的频谱迁移至载频附近，以适应传输信道的频带要求，使信号特性与信道特性相匹配，便于发送和接收。在进行无线传输时，必须将基带信号调制到高频载波上，这样才能将电磁能量有效地向空间辐射。 调制的另个作用是便于实施信道复用，即在一个信道中同时实现多路信号的传

23、输。 利用信号带宽和信噪比(S/N)的互换性，提高系统的抗干扰件能，并有效地利用频带。,六、无线电遥控设备的常见调制方式,调制过程图,2、无线电遥控的调制方式,模拟调制：当控制载波某个参数变化的基带信号(或称调制信号)是时间的连续函数时，这种类型的调制称作模拟调制。模拟正弦波调制：若模拟调制的载波采用高频正弦波，这种调制即为模拟正弦波调制。根据基带信号所控制的正弦波参量(幅度、频率和相位)的不同，可分为幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)，简称调幅、调频和调相。,模拟脉冲调制：若模拟调制的载波是脉冲序列，则这种调制即为模拟脉冲调制。按照基带信号所控制的脉冲序列的参量不同，又可分

24、为脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PWM)和脉位调制(PPM)，它们分别表示脉冲的幅度、宽度和位置随基带信号作线性变化。,脉冲调制：当控制载波某个参数变化的基带信号是脉冲序列时，这种类型的调制即为脉冲调制。根据载波是高频正弦波(连续波)还是数字脉冲，可分为连续波数字调制和脉冲数字调制。连续波数字调制按照数字基带信号去抑制正弦载波的幅度、相位和频率的不同，又可分为幅度键控(ASK或00K)、颇移键控(FSK)和相移键控(PSK)。,解调就是调制的相反过程。接收机通过调谐回路，选择出所需要的遥控信号、由检波器从已调制的高频信号中还原出控制信号。还原的过程叫检波，或者叫调解。由检波器还原出来的控制信号

25、，经过放大器放大，最后控制被控负载。,七、无线电遥控设备的常见解调方式,连续波解调,幅度解调,频率解调,相位解调,脉冲波解调,脉冲幅度解调,脉冲相位解调,脉冲宽度解调,脉冲编码解调,解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。一般解调方式如下：,解调过程图,早期的键控电报是一种典型的调幅信号。对这类信号的解调，通常可用拍频振荡器（BFO) 产生的正弦振荡信号在一非线性器件中与该信号相乘差拍来实现。差拍输出经过低通滤波即得到一断续的音频信号。这种解调方式有时称为外差接收。 标准调幅信号的解调可以不用拍频振荡器。调幅信号中的载波实际上起了拍频振荡波的作用，利用非线性元件实现频率变换，经低通

26、滤波即得到与调幅信号包络成对应关系的输出。这种方法属于非相干解调。单边带信号的解调需要一个频率和相位与被抑制载波完全一致的正弦振荡波。使这个由接收机复原的载波和单边带信号相乘，即可实现解调。这种方式称为同步检波，也称为相干解调。从带有消息的调角波中恢复消息的过程。与频率调制相逆的称为频率解调，与相位调制相逆的称为相位解调。脉冲相位解调的方法是：先将脉冲调相波转变成脉冲调幅波或调宽波，然后再按脉冲幅度或脉冲宽度解调的方法恢复消息。 解调方法对通信与各种电子设备的抗干扰性能有很大关系，其中以相干解调的抗干扰性能为最佳。对于宽带调频信号，采用频率负反馈的解调方法也可以提高接收调频信号的抗干扰性。,调

27、制的过程是在发射机中完成的。在发射机中，高频振荡器产生载波，低频放大器把低频信号加以放大。载波信号和经过放大的低频信号，同时传送到调制器，产生已调制高频振荡，再由高频放大器放大，最后通过天线发射出去。解调的过程是在接收机中完成，接收机通过调谐回路，选择出所需要的遥控信号，由检波器从已调制的高频信号中还原出控制信号。还原出来的控制信号，经过放大器放大，最后控制被控负载。,八、无线电遥控的设计开发,常用的遥控组合器件有RX5019/5020无线遥控发射与接收组件、TDC18008/1809遥控专用器件、RCM1A/RCM1B发送与接收组件以及与应用有关的LM555/LM555C系列时基电路等。为了

28、提高传输质量，提高灵敏度与选择性等技术，使用组合遥控电路，在实际操作过程中，应注意尽量选择开阔地带或高坡上，在室内使用应将天线伸出窗外，并将天线垂直向上全部拉出，并远离噪声源。,RX5019/RX5020组成的遥控电路,1.发射电路（1）电路组成本电路有RP、时基电路NE535、发射器件RX5019、发射天线及外围元件等组成,发射电路,（2）工作原理RX5019组成的发射电路中，时基电路NE555构成多谐振荡器，RP用来改变振荡频率，其频率调解范围在1100kHz之间，其载波频率为30MHz，振荡信号从C4耦合进入RX5019再由天线向外发射出去。在无阻挡环境中发射距离可达35Km，在城市楼群

29、中可达13km。若在固定场合使用同轴电缆与架设在高处的拉杆天线相连，在空中的信号传输可达8km。,2.接收电路接收电路中的RX5020接收到发射电路发出的信号后，经由电容C1耦合至译码器LM567本身的输入端，当由LM567本身固有的频率与发射频率一致时，其第8脚将输出低电平，去控制执行机构工作。,接收电路,九、无线视频传输技术,由于四旋翼飞行器搭载有摄像头，要进行实时的视频传输，所以就涉及到了无线视频传输技术。无线视频传输就是指不用布线（线缆）利用无线电波来传输视频、声音、数据等信号的监控系统。无线图像传输即视频实时传输主要有两个概念，一是移动中传输，即移动通信，二是宽带传输，即宽带通信。,

30、无线视频传输分为：模拟微波传输和数字微波传输,一、模拟微波传输模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上（微波发射机，HD-630），通过天线（HD-1300LXB）发射出去，监控中心通过天线接收微波信号，然后再通过微波接收机（Microsat 600AM）解调出原来的视频信号。如果需要控制云台镜头，就在监控中心加相应的指令控制发射机（HD-2050），监控前端配置相应的指令接收机（HD-2060），这种监控方式图像非常清晰，没有延时，没有压缩损耗，造价便宜，施工安装调试简单，适合一般监控点不是很多，需要中继也不多的情况下使用。,二、数字微波传输数字微波传输就是先把视频编码压缩(HD-6

31、301D)，然后通过数字微波(HD-9500)信道调制，再通过天线发射出去，接收端则相反，天线接收信号，微波解扩，视频解压缩，最后还原模拟的视频信号，也可微波解扩后通过电脑安装相应的解码软件，用电脑软解压视频，而且电脑还支持录像，回放，管理，云镜控制，报警控制等功能；这种监控方式图像有720*576和352*288的分辨率选择，前者造价更高，视频有0.2-0.8秒左右的延时，造价根据实际情况差别很大，但也有一些模拟微波不可比的优点，如监控点比较多，环境比较复杂，需要加中继的情况多，监控点比较集中它可集中传输多路视频，抗干扰能力比模拟的要好一点等优点，适合监控点比较多，需要中继也多的情况下使用。,谢谢,请提宝贵意见和指导！,