УДК 001.8

АНАЛИЗ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВЫБОРА МОДУЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ СВЯЗИ БПЛА

Хизматулин Владимир Дмитриевич
ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»
магистр

Аннотация
В данной работе проанализированы основные беспроводные технологии использующиеся для радиоуправления. Проведен сравнительный анализ технологий по наиболее значимым характеристикам. Определен наиболее подходящий радиомодуль для мультикоптера.

Ключевые слова: беспроводное управление, БПЛА, квадрокоптер, Мультикоптер


ANALYSIS DEVICES TO SELECT THE MODULE FOR REMOTE COMMUNICATION UAV

Hizmatulin Vladimir Dmitrievich
Ural Federal University named after the first President of Russia B.N.Yeltsin»
master degree

Abstract
In this paper analyzes the main wireless technologies used for radio. A comparative analysis of the technology on the most important characteristics. Determination of the most suitable radio module for multikopter.

Библиографическая ссылка на статью:
Хизматулин В.Д. Анализ устройств для выбора модуля дистанционной связи БПЛА // Современная техника и технологии. 2014. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/03/3230 (дата обращения: 03.10.2017).

При конструировании беспилотного летательного аппарата (БПЛА, мультикоптер) одним из основных этапов является выбор модуля дистанционной связи. Вариантов использования мультикоптера множество, в соответствии с ними меняются требования как к характеристикам  самого БПЛА, так и устанавливаемого радиомодуля. К примеру, фотографирование достопримечательностей, это – управление со смартфона и сравнительно короткий полет. Напротив, аэросъемка для картографирования потребует использования более функциональной базовой станции и продолжительного времени полета.  В независимости от целей, наиболее распространенные решения – устройства поддерживающие стандарты Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee и APC220. Первые два, на данный момент, входят в комплектацию ноутбуков, планшетов и смартфонов. То есть портативное устройство может выступать в качестве пульта управления, а установленный радиомодуль может использоваться в качестве передатчика, на сам БПЛА необходимо установить только приемник.

Предположим, перед нами стоит цель создать многофункциональный аппарат, работающий как на малых, так и на больших расстояниях. Для этого нужна высокая мощность приемопередатчика, в связи с чем, управление с помощью коммуникатора придется исключить. Немало важным будет параметр энергопотребления, поскольку питания БПЛА поступает от аккумуляторов. Так же не требуется высокой скорости передачи данных, поскольку они представляют собой небольшой набор управляющих значений, показаний датчиков и приборов управления. Радиомодули доступны для приобретения через интернет-магазин электроники. Преимуществом такой покупки является низкая стоимость, поскольку товар приобретается непосредственно у производителя или официальных представителей.

В рамках исследования рассмотрены в основном беспроводные технологии, использующиеся для радиоуправления. В  статью не  вошли такие специализированные решения, как Wi-Fi, применяемый в промышленности – настройка микроконтроллера мультикоптера для организации сети довольно сложна и энергосберегающий Bluetooth и чипы компании Nordic Semiconductor – как обладающие довольно малым радиусом действия. Сравнение технологий приведено в таблице 1. Основой послужили характеристики указанные в документациях для каждого устройства, соответствующей спецификации. В пунктах дальность связи и скорость передачи данных производители указывают значения, максимально достижимые в теории, которые отличаются от значений, полученных на практике. Наибольшая возможная дистанция на открытой местности сильно зависит от погодных условий. В городе весьма затрудняет управление полетом наличие множества Wi-Fi сетей, а также проходимость сигнала через различные здания, сооружения или деревья. Дальность работы в помещении в документации не указывают, приходится основываться на данных сообществ, связанных с радиоуправлением. По поводу других данных, следует отметить, что реальное число управляемых устройств зачастую меньше максимально возможного значения. Например, для ZigBee это 65535, но большое количество общающихся устройств сильно повлияет на стабильность и скорость работы в беспроводной сети.

Категория ZigBee Bluetooth Wi-Fi APC-220
XBee XBeePro
Дистанция

(в помещении),  м

40

 

120 20 45 40-100
Дистанция (прямая видимость), м 120 1600

(6-40 км)

100 90-300 1200
Потребляемый ток

Передача/Прием, мА

50/45 215-270/

26-140

18-215/

3-30

210-300/

40-300

35-65/

25-30

Выходная мощность, мВт 1- 6.3 63-315

 

1 (III)

2.5 (II)

100 (I)

40-200 20
Скорость передачи, Кбит/с до 250 до 250 до 2150 до 55296 до 40
Ведомые устройства <300 <300 7 <30 1
Время установки соединения, мс 30 30 6000 3000 70
Стоимость устройства, руб. 296-824 1252-2537 198-1987 494-2800 988-1581
Рабочая частота, ГГц 2.405-2.485 2.405-2.485 2.4-2.524 2.4-2.4835 0.418-0.478
Безопасность AES AES AES+CCM WPA(2),WEP Нет

Таблица 1. Основные различия

Попытаемся заложить в проектируемый аппарат различные функции. К актуальным относятся: слежение и съемка объекта при его перемещениях, постоянное удержание объекта в кадре, стабилизация видеосъемки. Также пользователям данных аппаратов интересен – метеорологический контроль, картографирование, использование для осуществления различного рода замеров в местах, где пребывание человека связано с риском или невозможно. Поэтому выбранный радиомодуль должен подходить и для работы с будущей модернизацией/в ином назначении.

Для обозначенных целей были определены следующие характеристики, как наиболее значимые: радиус действия (R), возможность объединения устройств  сеть и сложность ее организации (N), энергопотребление (E), скорость передачи данных (S). Оценим их по шкале относительно применения в радиоуправлении от 1 до 5, где 5 это наибольший хороший показатель, а 1 – соответственно наименьший.

Критерий Wifi Bluetooth Xbee Xbee Pro APC220
R 3 1 2 5 4
N 1 2 5 5 n/a
S 5 4 2 2 1
E 1 5 4 1 4

Как видно по результатам сравнения, при выборе Xbee Pro мы получаем наибольшую дальность связи, приемлемую скорость передачи данных и возможность объединить в сеть беспилотные летающие аппараты и базовую станцию, а также с легкостью ее настроить. Естественно, что различные стандарты связи разрабатываются изначально для использования в разных сферах человеческой деятельности. Кажущиеся плюсами и минусами, особенности, связаны со спецификой использования. Подводя итог, можно сказать, что наиболее подходящий радиомодуль для мультикоптера с описанными возможностями – это XBee Pro.



Все статьи автора «Mustafin»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: