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基于zigbee技术的无人机编队通信系统
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 仪器仪表用户 doi:10.3969/j.issn.1671—1041.2010.06.016 旦 堡堡过 墨旦 基于zigbee技术的无人机编队通信系统 季莉 ,曲 晖 ,潘莉莉 (1.烟台市人防工程管理处,烟台264001;2.海军航空"I-程学院科研部,烟台264001) 摘要:针对无人机编队的网络通信要求。分析了无人机编队通信的拓扑 结构。提出采用Zigbee技术进行无人机编队通信系统设计。给出了利 用TI公司的CC2430单片无线收发一体芯片实现无人机编队组网通 信系统的软硬件设计方案。 关键词:无人机;编队;功放 中图分类号:V243.1 文献标志码:A The communication system of robot bomb formate based on Zigbee technology JI Li ,QU Hlli ,PAN Li.1 (1.Yantai Office of Civil Air Defence Works。Yantai 264001。China;2.Department of Scientific Research of NAEI。Yantai 264001。China) Abstract:To meet communication requierment of robot bomb for- mate。this paper analysis the~pology structure of communication, propose a communication system of robot bomb formate based on Zigbee technology.Finally the software and hardware design project based on CC2430 SoC of TI are put forward. Key words:robot bomb;formate;power amplifier 0 引言 随着无人机在军事和民用领域中应用的逐渐增加,控制 和管理无人机的人手紧缺问题El益突出,尤其是一人控制一 架无人机的状态难以满足无人机编队或大量无人机使用的需 求,因此提高控制自动化能力,实现无人机编队飞行是无人机 发展急需解决的问题 。无人机编队需要相互不问断地传输 位置和状态信息,同时首机需要不断与地面控制端不间断通 信,同时要尽可能地节省能量。Zi ee技术具有低成本、低功 耗、低传输速率的特点,支持星型、树状和网状等多种网络拓 扑结构,非常适合无人机编队飞行这种应用场合。ZigBee是一 组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的,是有 关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE仅处理低级 MAC层和物理层协议,而ZigBee联盟对其网络层协议和API 进行了标准化。每个ZigBee协调器可连接多达255个节点, 而由此形成的ZigBee网络对路由传输的数目没有限制 卜_4 J, 增加发射机发射功率可使点点通信距离由几十米扩展到几千 米,从而可以形成广阔的网络覆盖范围。 l无人机编队网络拓扑 无人机编队内通信以星型结构为基本单位,以网络协调 器(首机)为路由的网络,如图1所示。在这个网络中,充当网 络协调器的首机负责组建星形网络,管理该网络中的无人机 节点。它存储网络内所有节点的设备信息,包括数据包转发 表、设备关联表以及与安全有关的密钥等。该网络内的其他 无人机节点都受首机管理。当其中一个无人机节点收到协调 器要求答复的命令,就会向协调器传送数据,如飞行状态,GPS 定位信息等。协调器会检测网络中的无人机状况,随时剔除 脱离网络的无人机或是添加新无人机进入本网络。地面控制 端也是个网络协调器,可以采用有线的方式和Pc机相连接, 在PC机上存储网络需要的绑定表、路由表和设备信息,减小 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 网络协调器的负担,提高网络的运行效率。预先须确定无人机 之间物理上的信息关系和控制关系,保证编队系统中信息流 与控制流的畅通,为无人机编队的信息交互提供结构框架。合 理的网络体系结构可以使无人机之间以及编队与编队间进行 有效的合作,增强系统的容错性和灵活性。 2系统设计 2.1无人机编队通信系统硬件设计 无人机编队通信系统核心设备的硬件包括:Zigbee收发 器、微波前端、处理器、存储器、供电电源及天线组件。硬件结 构如图2所示、 图1 无人机编队网络拓扑结构 图2 系统核心硬件设备 无人机节点的硬件核心采用TI公司的CC2430 』,它是支 持ZigBee协议的低耗能、低成本的无线微控制器,可用于各种 ZigBee无线节点,包括协调器、路由器和终端设备。它延用了 CC2420芯片的架构,在单个芯片上整合了ZigBee前端、存储 器和微控制器。CC2430F128内嵌增强型8051 MCU,8 kb RAM,128 kb Flash,包含8路ADC、3个定时器、AES128加密电 路,MAC协处理器、看门狗定时器,以及21个可编程I/O引 脚,支持4种不同程度的休眠模式。CC2430既可作为通信的 控制器,又可作为无人机的控制器直接与GPS、惯导和电机控 制系统相连。 通讯距离问题是决定能否通信的关键,一般的ZigBee前 端RF部分输出大部分只有0dBm,实际通讯距离只有几十米。 因此采用外部扩展放大器的办法,利用TI公司的CC2591放大 器芯片实现与CC2430等ZigBee单芯片结合,以非常低的成 本,实现ZigBee通讯距离的扩展,图3是采用CC2591+ CC2430设计的原理图。采用CC2591后,ZigBee网络通讯距离 可以轻易在开阔地带点对点通讯距离达到1000米以上,通过 ZigBee网状网络的自动中继路由,可以容易实现微功耗下数十 公里的网络通讯 。 图3 CC2591+CC2430设计原理图 2.2软件设计 TI公司推出的基于ZigBee标准的协议栈软件Z-Stack,它 EIC VOI.17 2010 No.6 39

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航空人生
于 2020-12-21 上传
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