一种基于TTNT的无人机机载通信装置
技术领域
本发明涉及无人机配套技术领域，特别是一种基于TTNT的无人机机载通信装置。
背景技术
无人机(无人驾驶飞机)是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。主要包括军队用无人机以及民用无人机。无人机具有体积小、造价低、使用方便、对环境(包括起飞及降落环境)要求低的优点，备受使用者的青睐。随着科技的发展、社会的进步，无人机越来越多的应用在了各个领域。
无人机应用在特殊部门中(比如军队)，无线电遥控模式下(自身程序控制飞行只限于固定任务、固定航线无人机使用，应用存在一定局限性)，在发生战争，或者遭受到其他恶意通信干扰等时，有发生偏航甚至被劫持的几率，因此，无人机的通信安全是保证无人机安全使用的重中之重。目前无人机的机载通信一般通过加密无线电信号进行控制，其虽然能取得一定的安全效果，但是随着科技的发展，对无人机机载通信干扰的手段也越来越先进，因此上述方式仍然无法保证无人机的安全受控飞行。语音识别控制技术，是采用特定人员的声纹信号经网络对远端相应设备进行控制的技术，由于具有较好保密的功能(每个人的声频不同，因此，基于语音识别的控制技术具有好的保密性)，因此在一些领域已经得到了推广，但是在无人机飞控通信中还未得到应用。基于上述，提供一种兼具跳频、语音识别控制双重保险作用，能取得更好通信保密性能的无人机机载通信装置显得尤为必要。
发明内容
为了克服现有无人机机载通信设备因结构所限，无法有效保证飞行中不受到干扰，本发明提供了结合现有无人机飞控机载通信设备进行使用，不但具有跳频发出飞控指令的保密功能，且还能通过语音指令模块发出飞控指令的保密功能，应用中，无人机接收端同时正确接收到跳频飞控指令，以及正确语音指令后，无人机机载通信设备才控制无人机产生相应正确飞行动作，其他任何干扰指令、干扰无人机飞行无法起到作用，由此达到了双重保险作用，能取得更好通信保密性能的一种基于TTNT的无人机机载通信装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于TTNT的无人机机载通信装置，包括无人机自身上的无人机飞控机载通信设备、无人机作业端的无线信号遥控设备，以及语音指令模块、无线电信号发射跳频模块、单片机模块、GPRS信号发射模块、GPRS信号接收模块、无线电信号接收跳频模块和继电器，单片机模块两套；其特征在于所述语音指令模块、无线电信号发射跳频模块、第一套单片机模块、GPRS信号发射模块、无人机无线信号遥控设备安装在元件盒A内；所述GPRS信号接收模块、无线电信号接收跳频模块、第二套单片机模块和继电器、无人机飞控机载通信设备安装在元件盒B内；所述语音指令模块、无线信号遥控设备、无线电信号发射跳频模块、第一套单片机模块、GPRS信号发射模块和无线信号遥控设备内锂电池之间分别电性连接；所述GPRS信号接收模块、无人机飞控机载通信设备、无线电信号接收跳频模块、第二套单片机模块、继电器和无人机自身上锂电池之间分别电性连接；所述继电器有多只，第二套单片机模块、飞控机载通信设备和多只继电器、无人机机身上的多个升力电机之间分别电性连接。
进一步地，所述语音指令模块、无线信号遥控设备、无线电信号发射跳频模块、第一套单片机模块、GPRS信号发射模块和锂电池之间，锂电池两极和语音指令模块、无线信号遥控设备、无线电信号发射跳频模块、第一套单片机模块、GPRS信号发射模块的电源输入两端分别电性连接，无线信号遥控设备信号输出端和无线电信号发射跳频模块的信号输入两端分别电性连接，语音指令模块信号输出端和第一套单片机模块的信号输入端电性连接，第一套单片机模块的信号输出端和GPRS信号发射模块的信号输入端之间电性连接。
进一步地，所述GPRS信号接收模块、无人机飞控机载通信设备、无线电信号接收跳频模块、第二套单片机模块和锂电池之间，锂电池两极和GPRS信号接收模块、无人机飞控机载通信设备、无线电信号接收跳频模块、第二套单片机模块的电源输入两端分别电性连接，无线电信号接收跳频模块的信号输出端和无人机飞控机载通信设备的信号输入端电性连接，GPRS信号接收模块的信号输出端和第二套单片机模块的信号输入端之间电性连接。
进一步地，所述继电器有四只，第二套单片机模块有四个电源输出端，第二套单片机模块的四个电源输出端分别和四只继电器正极电源输入端电性连接，飞控机载通信设备的四路电源输出端正极和四只继电器的控制电源输入端分别电性连接，四只继电器的常开电源输出端和无人机自身上的四个升力电机正极电源输入端分别电性连接，第二套单片机模块的负极电源输入端、四只继电器负极电源输入端、无人机自身上的四个升力电机负极电源输入端电性连接。
本发明有益效果是：本发明结合现有无人机飞控机载通信设备及无线信号遥控设备进行使用，不但具有跳频发出飞控指令的保密功能，且还能通过语音指令模块发出飞控指令的保密功能，应用中，操作人员通过无人机作业端的无线信号遥控设备发出相应无人机跳频飞控指令，无人机处飞控机载通信设备接收到相应无线跳频飞控指令后，四路电源输出端分别输出大小不同的电压电源或者停止输出电源、分别进入无人机本体的四个升力电机电源输入两端，于是无人机产生上升、下降、前进、后退及转向等动作。本发明中，每次操作人员操作无线信号遥控设备前，经口部发出相应无人机飞行动作语音指令后，只有相应一只继电器或多只继电器得电吸合后，无线信号遥控设备发出的相应控制指令，无人机机身处飞控机载通信设备产生的飞控电源信号才会进入到相应一个或多个升力电机的电源输入端，无人机才产生相应动作，其他任何干扰指令干扰无人机飞行均无法起到作用。本发明由于具有跳频及语音指令双重保险作用，因此无人机能取得更好通信保密性能，尽可能保证了无人机的安全飞行。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对发明做进一步说明。
图1是本发明结构框图示意。
图2是本发明语音指令模块、无线电信号发射跳频模块、第一套单片机模块、GPRS信号发射模块、无线信号遥控设备之间的电路图。
图3是本发明GPRS信号接收模块、无线电信号接收跳频模块、第二套单片机模块、无人机飞控机载通信设备之间的电路图。
具体实施方式
图1、2、3中所示，一种基于TTNT的无人机机载通信装置，包括无人机自身上的无人机飞控机载通信设备U、无人机遥控作业端的无线信号遥控设备U10，以及语音指令模块U1、无线电信号发射跳频模块U3、单片机模块U4及U8、GPRS信号发射模块U5、GPRS信号接收模块U6、无线电信号接收跳频模块U9和继电器，单片机模块两套；所述语音指令模块U1、无线电信号发射跳频模块U3、第一套单片机模块U4、GPRS信号发射模块U5安装在元件盒A内电路板上，元件盒A和无人机无线信号遥控设备U10安装在一起；所述的无人机飞控机载通信设备U、GPRS信号接收模块U6、无线电信号接收跳频模块U9、第二套单片机模块U8和继电器安装在元件盒B内电路板上，元件盒B安装在无人机机身上的元件盒内。TTNT是数据链的意思。
图1、2、3所示，语音指令模块U1、无线信号遥控设备U10、无线电信号发射跳频模块U3、第一套单片机模块U4、GPRS信号发射模块U5和无线信号遥控设备内锂电池G1之间分别电性连接；所述GPRS信号接收模块U6、无人机飞控机载通信设备U、无线电信号接收跳频模块U9、第二套单片机模块U8和无人机自身上锂电池G2之间分别电性连接；所述继电器有四只，第二套单片机模块U8有四个电源输出端，第二套单片机模块U8的四个电源输出端、飞控机载通信设备的四路电源输出端和四只继电器K1、K2、K3、K4之间分别经导线连接。
图1、2、3所示，语音指令模块U1、无人机遥控作业端的无线信号遥控设备U10、无线电信号发射跳频模块U3、第一套单片机模块U4、GPRS信号发射模块U5和锂电池G1之间，锂电池G1两极和语音指令模块U1、无线信号遥控设备U10、无线电信号发射跳频模块U3、第一套单片机模块U4、GPRS信号发射模块U5的电源输入两端VCC及GND分别经导线连接，无线信号遥控设备U10信号输出端D1和无线电信号发射跳频模块U3的信号输入两端D2分别经导线连接，语音指令模块U1信号输出端D3和第一套单片机模块U4的信号输入端D4经导线连接，第一套单片机模块U4的信号输出端D5和GPRS信号发射模块U5的信号输入端D6之间经导线连接。GPRS信号接收模块U6、无人机飞控机载通信设备U、无线电信号接收跳频模块U9、第二套单片机模块U8和锂电池G2之间，锂电池G2两极和GPRS信号接收模块U6、无人机飞控机载通信设备U、无线电信号接收跳频模块U9、第二套单片机模块U8的电源输入两端VCC及GND分别经导线连接，无线电信号接收跳频模块U9信号输出端D11和无人机飞控机载通信设备U信号输入端D12经导线连接，GPRS信号接收模块U6的信号输出端D7和第二套单片机模块U8的信号输入端D8之间经导线连接。继电器K1、K2、K3、K4有四只，第二套单片机模块U8有四个电源输出端，第二套单片机模块的四个电源输出端1、2、3、4脚和四只继电器K1、K2、K3、K4正极电源输入端之间分别经导线连接，飞控机载通信设备U四路电源输出端正极1、2、3、4脚和继电器K1、K2、K3、K4的控制电源输入端分别经导线连接，继电器K1、K2、K3、K4的常开触点端和无人机自身上的四个升力电机M1、M2、M3、M4正极电源输入端分别经导线连接，第二套单片机模块U8的负极电源输入端GND、继电器K1、K2、K3、K4负极电源输入端、无人机自身上的四个升力电机M1、M2、M3、M4负极电源输入端分别经导线连接。第二套单片机模块U8具有一个信号输入端D8，四个电源输出端，信号输入端D8经GPRS信号接收模块U6输入不同指令信号时，单片机模块U8的1、2、3、4脚电源输出端会分别输出高电平。
图1、2、3所示，本发明使用中，打开电源开关S1，无线信号遥控设备U10内锂电池G1(24V)输出的电源进入语音指令模块U1、无线电信号发射跳频模块U3、第一套单片机模块U4、GPRS信号发射模块U5、无人机遥控作业端的无线信号遥控设备U10的电源输入两端后，于是，上述所有模块处于得电工作状态。无人机自身上锂电池G2(24V)输出的电源进入GPRS信号接收模块U6、无线电信号接收跳频模块U9、第二套单片机模块U8、无人机飞控机载通信设备U的电源输入电源两端后，于是，上述所有模块处于得电工作状态。本发明结合现有无人机飞控机载通信设备U、无线信号遥控设备U10进行使用，无人机操控人员和现有无人机使用一样，通过身边的无线信号遥控设备U10发射无人机多路飞行状态飞控指令，于是，无线信号遥控设备U10输出的相应一个或多个控制指令进入无线电信号发射跳频模块U3的信号输入端，在无线电信号发射跳频模块U3内部电路作用下，无线电信号发射跳频模块U3(无线电信号发射跳频模块U3发射无线信号指令时，会不断变换无线信号发射频率，增加保密性)会经无线移动网络发射出四路不同的远程无线控制指令信号。此刻无人机自身处无线电信号接收跳频模块U9接收到不同无线控制指令后，无线电信号接收跳频模块U9在其内部电路作用下，能使无线电信号接收跳频模块U9(会不断变换无线信号接收频率)有效接收到无线信号遥控设备U10经无线电信号发射跳频模块U3发射出的不同无线指令信号，并和无线电信号发射跳频模块U3发射的无线信号指令同频，也就保证了无线信号指令的有效传递及接收。无线电信号接收跳频模块U9将同频无线信号遥控设备U10发出的指令处理后，输出到无人机飞控机载通信设备U信号输入端，无人机飞控机载通信设备U接收到不同指令后，根据指令信号的不同，其四个电源输出端1、2、3、4脚会分别输出或不输出电源，或者输出不同电压的电源，分别进入四个升力电机M1、M2、M3、M4的正极电源输入端(四个升力电机M1、M2、M3、M4的负极电源输入端接地)，这样，无人机就会产生上升、下降、前进、后退及转向等等动作。本发明中，由于无人机自身处飞控机载通信设备U输出的四路电源，会先分别进入四只继电器K1、K2、K3、K4控制电源输入端，最后才通过继电器K1、K2、K3、K4常开触点端分别进入四个升力电机M1、M2、M3、M4的正极电源输入端，所以实际上，四个升力电机是否工作，还受到单片机模块U8及四只继电器的控制(控制原理下段内容做详解)。
图1、2、3所示，本发明应用中，每次操作人员操作无线信号遥控设备U10前或同时，经口部发出相应无人机飞行动作语音指令(语音指令包括第一路输出、第二路输出、第三路输出、第四路输出)，语音指令模块U1的麦克风接收到声频语音信号后，在其内部电路作用下将各种语音指令进行处理，然后各种语音指令进入单片模块U4的信号输入端后，单片机模块U4将输入的模拟指令信号转换成数字信号后输出到GPRS信号发射模块U5信号输入端，于是，GPRS信号发射模块U5将各种语音指令通过无线移动网络发送出去。当操作人员操作无线信号遥控设备前或同时，经语音指令模块U1发出控制指令，GPRS信号发射模块U5将各种语音指令通过无线移动网络发送出去后，此刻，GPRS信号接收模块U6会接收到语音指令，并在其内部电路作用下，将处理后语音指令输入到单片机模块U8信号输入端D8，单片机模块U8在其内部电路作用下，1、2、3、4脚根据输入的指令信号不同(也就是控制电流信号不同)，其1、2、3、4脚会分别输出高电平。实际情况下，当操作人员发出的语音指令是第一路输出时，此刻单片机模块U8的1脚会输出高电平进入继电器K1正极电源输入端，于是，继电器K1得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合；当操作人员发出的语音指令是第二路输出时，此刻单片机模块U8的2脚会输出高电平进入继电器K2正极电源输入端，于是，继电器K2得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合；当操作人员发出的语音指令是第三路输出时，此刻单片机模块U8的3脚会输出高电平进入继电器K3正极电源输入端，于是，继电器K3得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合；当操作人员发出的语音指令是第四路输出时，此刻单片机模块U8的1脚会输出高电平进入继电器K4正极电源输入端，于是，继电器K4得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合。
图1、2、3所示，本发明中，由于飞控机载通信设备U四路电源输出端正极1、2、3、4脚和四只继电器K1、K2、K3、K4的控制电源输入端分别经导线连接，四只继电器K1、K2、K3、K4的常开电源输出端分别和无人机自身上的四个升力电机M1、M2、M3、M4正极电源输入端分别经导线连接；所以，只有满足四只继电器K1、K2、K3、K4中一只或多只得电吸合其控制电源输入端和常开触点端闭合后，飞控机载通信设备U四路电源输出端正极1、2、3、4脚，输出的电源才会分别进入无人机四个升力电机M1、M2、M3、M4的正极电源输入端，进而，四个升力电机M1、M2、M3、M4才能分别得电工作(本发明中，操作人员经语音指令模块U1以及无线信号遥控设备U10发送相应无线控制指令后，就可正常控制无人机产生需要的飞行动作。无人机自身处飞控机载通信设备U接收到无线信号遥控设备U10发出的指令后，根据指令信号的不同，其四个电源输出端1、2、3、4脚会分别输出或不输出电源，或者输出不同电压的电源分别进入四个升力电机M1、M2、M3、M4的正极电源输入端，四个升力电机M1、M2、M3、M4分别得电或同时得电后，这样，无人机在自身功能作用下，就会产生上升、下降、前进、后退及转向等相应动作)。通过上述电路作用，由于本发明经无线信号遥控设备U10发出的指令具有跳频保密功能，还具有语音识别控制功能(语音识别技术，是采用特定人员的声纹信号经网络对远端相应设备进行控制的技术，每个人的声频不同，因此，基于语音识别的控制技术具有好的保密性)，没有相应语音指令进入单片机模块U8时，继电器K1、K2、K3、K4不会得电吸合，那么，飞控机载通信设备U四路电源输出端正极1、2、3、4脚输出的电源，就不会受控分别进入四个升力电机M1、M2、M3、M4正极电源输入端，也就是说，干扰无人机飞行的指令将会失效，无人机能有效受到合法使用者的控制，具有更好的安全飞行性能。
图1、2所示，本发明不但具有跳频发出飞控指令保密的功能，且还能通过语音指令模块发出飞控指令保密的功能，应用中，无人机接收端同时正确接收到跳频飞控指令，以及正确语音指令后，无人机机载通信设备才控制无人机产生相应正确飞行动作，其他任何干扰指令干扰无人机飞行均无法起到作用，由此达到了双重保险作用，能取得更好飞控通信保密性能。继电器K1、K2、K3、K4是DC4123型24V继电器；语音指令模块U1是型号DFROBOT的语音识别控制模块成品。无线电信号发射跳频模块U3是型号SG-M104的无线电数传收发跳频组件的无线电数传发射跳频模块成品。单片机模块U4及U8的主控芯片为STM32F103C8T6的单片机模块成品；GPRS信号发射模块U5、GPRS信号接收模块U6是型号ZLAN8100的GPRS信号发射模块成品(可收发数据)。无线电信号接收跳频模块U9是型号SG-M104的无线电数传收发跳频组件的无线电信号接收跳频模块成品。
以上显示和描述了本发明的主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
