無人駕駛飛行器（UAV），俗稱無人機，并不是新的。愛好者一直在設(shè)計和建設(shè)令人印象深刻的遙控飛機，直升機，甚至飛行充氣鯊魚很長一段時間。無人機的概念可以追溯到19世紀(jì)中葉，當(dāng)奧地利被罰下無人，炸彈填充氣球，以此來攻擊威尼斯。后來成為當(dāng)今無人機最初發(fā)展起步于20世紀(jì)初，它們被用于目標(biāo)的做法，在第一次世界大戰(zhàn)期間的軍事需求已經(jīng)推動無人機能力，以新的高度和商業(yè)利益正在尋找在努力，他們?nèi)绾文軌蚶脽o人駕駛飛機訓(xùn)練軍事人員技術(shù)。目前，亞馬遜一直在嘗試使用GPS導(dǎo)航到你的位置，使自動化交付當(dāng)日發(fā)貨無人機。執(zhí)法和公民當(dāng)局還演示了如何有效的無人機可以在諸如搜索和救援和邊境巡邏任務(wù)。本文著眼于一些選擇，我們有設(shè)計控制和數(shù)據(jù)鏈無人機時。它探討了發(fā)展和成熟的R / C單位，開辟了道路，并在需要的安全性，抗干擾能力強的增加和自治一定程度時出現(xiàn)錯誤。
從玩具到工具
我們都曾經(jīng)有過一些接觸無線電遙控玩具，如小電動車。一個小的方向盤讓你的位置車輪和一個基本的油門讓他走了。 。極性開關(guān)，可以反向指示。雖然有趣的愛好和娛樂，甚至是這個簡單的功能已被證明是一個有用的消耗球探或監(jiān)控系統(tǒng)，先于軍事或執(zhí)法人員進入。最初，無線電控制的汽車，直升機，飛機，和玩具，在大多數(shù)情況下，無論是使用27兆赫或49兆赫的頻率。美國聯(lián)邦通信委員會授予這些頻率用于基本消費品，如玩具，車庫開門器，對講機等。的50和53兆赫的頻率更高，如果操作員是一個特許業(yè)余無線電操作員以更大的允許的輸出功率電平可以被使用。此外，72兆赫和75兆赫頻帶可被用于與附加通道（表1）更先進的通信鏈路。不同的國家和世界各地區(qū)允許不同的頻率和功率levels1并確定哪些是禁止入內(nèi)。軍方可以在危機情況下使用任何他們想帶的任何功率電平。發(fā)射機的輸出功率，有時在口授瓦特，但是更精確地由有效輻射功率測量2.調(diào)制技術(shù)可確定的互操作性來表示。例如，在27兆赫和49兆赫頻帶，只有一個27 MHz單元可以在靠近另一操作。同樣的49兆赫。串?dāng)_導(dǎo)致每個單元的干擾。
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Frequency
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27 MHz
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49 MHz
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50 MHz
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53 MHz
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72 MHz
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75 MHz
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2.4 GHz
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Ch. 1
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26.995
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49,830
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50,800
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53,100
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72,010
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75,410
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2,401,000
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Ch. 2
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27.045
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49,845
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50,820
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53,200
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72,020
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75,430
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2,402,000
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Ch. 3
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27.095
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49,860
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50,840
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53,300
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72,030
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75,470
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2,403,000
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Ch. 4
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27.145
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49,875
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50,860
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53,400
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72,040
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75,490
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2,404,000
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Ch. 5
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27.195
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49,890
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50,880
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53,500
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72,050
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75,510
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2,405,000
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Ch. 6
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27.255
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50,900
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53,600
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72,060
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75,530
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2,406,000
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Ch. 7
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50,920
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53,700
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72,070
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75,550
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2,407,000
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Ch. 8
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50,940
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53,800
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72,080
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75,570
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2,408,000
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Ch. 9
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50,960
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72,090
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75,590
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2,409,000
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Ch. 10
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50,980
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72,100
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75,610
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2,410,000
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...
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...
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Ch. 60
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72,990
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...
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Ch. 80
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2,480,000
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Ch. 90
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75,990
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表1：常見的渠道和頻率的無線電控制。信道的數(shù)目也是一個限制因素。通常情況下，6信道用于一個簡單的玩具。這是前進，后退，前進，左，前右，后，左，右后。正如你所看到的，玩具都不是很準(zhǔn)確，這就是為什么它需要一些發(fā)達的技能飛的R / C飛機和直升機。此外，無線電遙控玩具使用時間對準(zhǔn)脈沖編碼格式（圖1）。這里的時隙被分配給每個信道。如果一個邏輯之一就是存在于位的位置，它是積極且已打開。同樣地，如果沒有位在該時間點，它處于關(guān)閉狀態(tài)。模擬電平可以表示這種方式，通過改變脈沖寬度。缺乏脈沖可能是全關(guān)，而一個完整的占空比可以指示全開。之間的水平對應(yīng)于脈沖的占空比。
圖1：標(biāo)準(zhǔn)脈沖碼調(diào)制技術(shù)無線電控制允許多個頻道以通過在該信道相關(guān)聯(lián)的時隙的脈沖的存在或不存在來控制。脈沖寬度可用于表示的模擬電平。較高頻段不傳播，只要做較低頻率信號，但是，也有使用較高頻帶更多可用的頻道。這意味著，互操作性是可行的，有點可靠的時候，說，十幾無人駕駛飛機都使用2.4 GHz頻段，由于擴頻技術(shù)（這也使得相比，窄帶調(diào)幅和調(diào)頻較高的發(fā)射功率電平）。這可以幫助克服遠距離無人機距離的問題。較低頻率有表面的更好的滲透，然而，所以對于非空中遙控較低的頻率可能是理想的。例如，照相機流動站雄蜂可以使用建筑物內(nèi)找到罪犯和人質(zhì)。從墻壁和隔間的干擾，即使是2.4 GHz無線網(wǎng)絡(luò)陣列，可能使部分像Silicon Labs的EZRADIO系列有用。如315-915 MHz的Silicon Labs公司SI4313-B1-FM或240-960 MHz的SI4330-B1-FM配件提供高達128千位/秒的還算不錯的數(shù)據(jù)傳輸速率。雖然不是高清晰度，實時視頻功能;控制，遙測，數(shù)據(jù)采集和傳感器接口非常適合應(yīng)用這些速率。的-118 dBm的一個很好的信號靈敏度意味著，即使是微弱的信號將是可用的和設(shè)計師們的調(diào)制技術(shù)，他們可以從中選擇，包括FSK，GFSK和OOK調(diào)制的選擇。一個特別好的功能是其范圍從2.6千赫至620千赫可編程帶寬。這使設(shè)計人員能夠選擇信道寬度和間距，可以讓更多的渠道（互操作性）和窄帶較輕的任務(wù)（如油門或轉(zhuǎn)向，這通常發(fā)生在低數(shù)據(jù)速率）。低功率為10nA關(guān)斷電流是良好的非活動期間，和一個內(nèi)置的RSSI甚至可以發(fā)送回控制點根據(jù)需要進行動態(tài)調(diào)整發(fā)射功率。另一個優(yōu)點是，小（4毫米×4毫米）的20引腳部件具有跳頻能力和混合信號功能，以及一個內(nèi)置的低電池檢測器和溫度傳感器。即使是規(guī)模較小的是315兆赫 - 917 MHz的Silicon Labs公司SI4356-B1A-FM采用3毫米x 3毫米大小的包。 Silicon Labs公司還提供了太陽能能量采集開發(fā)套件，能量HARVEST-RD演示如何將這些低功耗（12 mA）的接收器鏈接可以提取足夠的能量，以保持命令通道還活著，而其獨立的電源充電。
小型化是關(guān)鍵
這些天，任何人都可以使用商用現(xiàn)有的技術(shù)（COTS）做一個相當(dāng)復(fù)雜的無人機。遠程控制連接，可愛好和行業(yè)，已經(jīng)發(fā)展到提供清潔性能，遙感功能的點，甚至流媒體視頻和音頻。現(xiàn)代組件使這些子系統(tǒng)小。普通公民現(xiàn)在可以有一點點的間諜無人機巡邏自己的房子，如果他們選擇。即使是袖珍無人機已經(jīng)建立。更高頻率的無線電允許更寬的帶寬。 2.4 GHz頻率有1兆赫寬的信道，允許低于49 MHz頻段的只有15千赫范圍內(nèi)的通道更高的數(shù)據(jù)速率。這使得數(shù)據(jù)或控制的短脈沖串，并允許帶有直播的音頻和視頻互操作性。小型化是當(dāng)今無人機關(guān)鍵。簡單的低頻率的無線電控制鏈路可以是非常小而輕，因為它們可以只使用幾個晶體管來實現(xiàn)。與此相反，復(fù)雜的擴頻電臺是基于微控制器，并與他們進行復(fù)雜的數(shù)字無線電的所有支持電路和功率要求。較高頻率操作，但是，允許使用更小的RF分立，諸如電感器，阻抗匹配組件和天線。 2.4 GHz頻段也已被大多數(shù)無線電遙控愛好者和更貼切，無人機制造商。是的，你可以買到相對復(fù)雜的無線電控制的無人駕駛飛機，現(xiàn)在，他們使用的2.4 GHz無線電。這意味著，大量的單芯片接收器，發(fā)射器和收發(fā)器可以規(guī)劃自己的設(shè)計時，都是公平的游戲。數(shù)的2.4 GHz方案很容易，以及也可以是頻帶限制。例如，繁忙的無線網(wǎng)絡(luò)連接的ZigBee，藍牙，甚至是藍牙低功耗方面可能會限制信號的可靠性，以及限制發(fā)送功率電平，以實現(xiàn)最大的距離，特別是如果有人使用有源干擾。所有的關(guān)鍵數(shù)據(jù)必須得到承認和ACK / NACK既定的協(xié)議可以確保數(shù)據(jù)包在條件許可的無差錯傳輸。此外，現(xiàn)代的2.4 GHz的協(xié)議具有較高的帶寬數(shù)據(jù)速率和可允許的音頻和視頻流的獨立的控制鏈路。例如，不同的制造商的音頻和視頻鏈接可以與在不同的信道控制和狀態(tài)信息并發(fā)流。關(guān)鍵的一點是，Wi-Fi的平板電腦，智能手機，筆記本電腦和筆記本電腦的可用性可以使這些頻段可取的，因為一個可靠和低成本的控制平臺是現(xiàn)成的大多數(shù)智能手機。一個應(yīng)用程序可以是你的控制器。 ZigBee的遙控器，也可以用作低成本的測試器。的ZigBee的網(wǎng)狀聯(lián)網(wǎng)功能，還提供了一個良好的解決方案時，交通擁擠是一個問題。仲裁，路由，和信息發(fā)送系統(tǒng)被設(shè)計為使用其他節(jié)點作為出發(fā)點，以找到一個特定的目的地的路線。一個好的解決方案在這里可以是愛特梅爾AT86RF231夙，這是一個小的32引腳專用收發(fā)器，可用于700，800，900兆赫和2.4GHz的設(shè)計。 Atmel的ATREB231FE2-EK參考設(shè)計是一個良好的開端。請記住，一如既往，RF PCB布局可能會非常棘手。
這是很好的為王
雖然政府機構(gòu)和軍事團體在任何他們想要的頻段，采用大的權(quán)力，因為他們想要的，并采用擴頻技術(shù)來悄悄并存，非授權(quán)的產(chǎn)業(yè)和人民沒有相同的能力的奢侈品。相反，我們被限制的R / C波段和ISM頻段。其他人可以通過許可使用。當(dāng)它宣布30,000無人機在使用了美國大陸，盡管許多人感到驚訝，我們可以預(yù)期這個數(shù)字迅速增長，特別是執(zhí)法采用了這種技術(shù)（圖2）。
圖2：民事當(dāng)局，特別是執(zhí)法部門，邊境巡邏，和DEA已經(jīng)使用現(xiàn)在很長一段時間在美國大陸無人機。對于嚴(yán)重的任務(wù)，衛(wèi)星仍然提供投保時最好選擇大面積的有針對性的。而昂貴的操作，一個衛(wèi)星鏈路可以是得到的視線，并獲得信號通過的唯一方式。另一個因素要記住的是，自主性一定程度應(yīng)該進行編程。如果你失去控制的時間很短，無人機應(yīng)該進入安全模式。與此相關(guān)的是利用GPS模塊，讓您的無人機跛行回家，如果一切都失敗了。無人機是生活中的事實，以及可以使用這種技術(shù)會。我們正在進入一個個人的無人駕駛飛機市場中合法的私人和商業(yè)用途，以及執(zhí)法和軍事用途，肯定會加快的第一階段。有關(guān)本文中討論的部件的更多信息，請?zhí)峁┰L問的Digi-Key詢問網(wǎng)站產(chǎn)品頁面的鏈接。
