四旋翼飞行器无线遥控技术

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。键盘按键识别编码无线发射无线接收信号识别控制电路图1.无线遥控工作过程图遥控方式传输距离发射频率发送方式与特点接收方式与特点应用场合光控近距自然光、人工光源作发射器光电器件接收家用电器、工业控制等声控2~10m20~20kHz说话、脚步声、敲击声等振动波发射器声传感器压电陶瓷片、驻极体话筒接收转变电信号家用电器、工业、报警等热释电近距40kHz热释电传感器产生发送信号热释电红外接收器家电、工控、报警等超声波10~15m40kHz超声波发射器、超音频振荡器、驱动电路传送40kHz超音频信号超声接收器，放大、解码、锁存、驱动等探测、家电、开关电路、调速、医疗等1.1各种遥控方式比较语言近距男70~200Hz女、儿童150~400Hz特定人或任意人发出的声音信号接收、合成、识别、转换、驱动、执行显示等家用电器、工业遥控等音频2~3km3.58MHz专用集成电路和振荡器配合产生音频信号放大、识别、执行机构接收发送命令控制被控对象家电、生活、工业、农业、医疗红外线10~15m40kHz采用红外发射器件传送遥控命令、具有方向性、不能跨越墙壁阻挡红外器件接收后，把红外光转变为电信号生产、生活、工业、农业、医疗无线电2m~2000km或更远27~38MHz40~48.5MHz150~167MHz劝无方向性，可以向四周辐射，能穿越墙壁和障碍物，遥控距离远选择性好、灵敏度高；稳定可靠，再生与超外差接收方式军事、国防、工农业生产、体育运动、日常生活磁控0.001m同步旋转磁铁作发射器霍尔元件接收工业控制等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。遥控系统(装置)的分类：①按被控对象及其特性分类，有固定式遥控和活动式遥控。②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。被控对象控制端监测系统（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27~38MHz、40~48.5MHz、72.55~74.5MHz、150.05~167MHz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遥控设备按通道数单通道按指令性质按接收方式开关型比例型超再生式超外差式……多通道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。多谐振荡器发射电路接收电路音频功放倍压整流电机驱动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。频分制遥控设备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。12345671234567△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。优点如下：①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。②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。①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各种控制指令。②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。③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。①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、A04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，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