Разработка системы управления беспилотным летательным аппаратом на базе мобильных устройств

Размещено на http://www.allbest.ru

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ НА БАЗЕ МОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Лесиканич Алексей Александрович,

Наумов Денис Николаевич,

Шехирев Виталий Иванович,

Григорьев Иван Викторович

Аннотация

В статье рассмотрен способ применения мобильных устройств на базе операционной системы Android в автоматизированной системе управления беспилотными летательными аппаратами, в частности раскрывается пример реализации управления БПЛА через цифровую мобильную сотовую связь стандарта GSM посредством клиент-серверного программного обеспечения развернутого на смартфоне, установленном на летательном аппарате.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, БПЛА, система автоматизированного управления

Бытует мнение, что беспилотные летательные аппараты имеют лишь военное предназначение. В России до недавнего времени возможность использования БПЛА, действительно, была только у армии. Беспилотники выполняли задачи по аэросъемке (фото, видео), радиоразведке, обнаружению объектов и прочее. Однако сегодня сфера разработки и создания беспилотных систем вышла далеко за эти пределы. В настоящее время БПЛА применяются по пяти гражданским направлениям помимо ВПК. А именно: чрезвычайные ситуации (поиск людей, предупреждение ЧС, спасательные операции и т. д.); безопасность (охрана объектов и людей, а также их обнаружение); мониторинг (АЭС, ЛЭП, земельные, лесные, нефтегазовые, водные ресурсы, сельское хозяйство и пр.); аэрофотосъемка (геодезия, картография, авиаучет); наука (исследования Арктики, исследование оборудования, НИОКР). С ростом популярности БПЛА растут и требования к системам управления, требования диктуются все новыми областями применения и развитием науки и техники. На данный момент существует множество решений для управления беспилотными летательными аппаратами. В мире представлено большое количество гражданских БПЛА классификации «микро» и «мини», различающихся по своим спецификациям и набору характеристик. Стоит отметить, что в мире наблюдается тенденция развития спроса на гражданские БПЛА. Данная работа посвящена разработке системы управления беспилотным летательным аппаратом широкого радиуса действия. На данном этапе развития гражданские беспилотники имеют малый радиус действия, в отличии от военных аппаратов, так как гражданским нет доступа дорогостоящему спецоборудованию и каналам передачи данных. Разработчикам и моделистам гражданских БПЛК приходится использовать только доступные радио каналы и набирающую популярность Wi-Fi сеть. Увеличение дальности полета дронов и доступности технологии на данный момент актуальная тема для разработчиков. мобильный беспилотный летательный серверный

Наша система управления основана на популярной, доступной и многофункциональной, созданной компанией Google, ОС Android. Устройства на данной операционной системе позволят построить доступную систему управления широкого радиуса действия. Мобильной платформой для нашей системы управления мы выбрали смартфон на базе операционной системы Android. Смартфон обладает высокой производительностью, имеет в своем составе модуль GSM, GPS, WIFI, Bluetooth, камеру, USB интерфейс для подключения внешней периферии. На рынке существует масса производителей смартфонов, это доступная, дешёвая мобильная платформа и как говорится, есть у каждого современного человека под рукой.

Система управления данного проекта основана на микроконтроллере фирмы Microchip Technology Inc., который в свою очередь выполнят функцию управления двигателями квадрокоптера (полетный контроллер). Функции приема передачи данных (удаленное управление) выполняет устройство на базе ОС Android, будем называть его «сервер», в своем проекте мы взяли обычный смартфон на операционной системе Android. Как устройство передачи команд на сервер выбрали планшет на Android, в дальнейшем будем называть «клиент». Сервер непосредственно связан с микроконтроллером по шине USB через чип FT232RL фирмы Future Technology Devices International Limited по шине данных UART МК. Эта микросхема по сути является USB - UART преобразователь.

Данные с сервера поступают на микросхему FT232RL, где они преобразуются на TTL уровень, которые считывает наш МК по шине UART. Также был разработан протокол пакетной передачи данных между МК сервером на базе Android. Используя такое схемное решение, мы не нагружаем МК обработкой USB протокола или модуля WI-FI, тем самым выигрываем на производительности (быстродействии МК) и экономим память МК. Также это позволяет отлаживать программное обеспечение МК с персонального компьютера, не используя специализированного программатора для МК.

Так же это позволит при необходимости менять программное обеспечение МК (прошивать) с сервера. Как видно на схеме (рис. 1) передача данных между сервером и клиентом, а также передача видео изображения от сервера к клиенту могут осуществляться как непосредственно по протоколу UDP в WI-FI сети, так и по средствам Internet и GSM сети через VPN соединение.

Ниже приведена схема передачи данных (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема передачи данных

Устройство на базе нашей системы управления по средствам GSM сможет не только получать доступ в Internet и VPN сеть, но обрабатывать команды, полученные по SMS, а также передавать служебные сообщения и данные. Удаленное управление по GSM, а именно с помощью смс сообщение, позволяет экономить интернет трафик и заряд аккумуляторов, так как устройство может находить в режиме ожидания. После получение определенной команды через смс сообщение, сервер запускает протоколы передачи данных и инициализации устройства. При удачном завершение инициализации системы устройство готово к использованию, в противном случае мы получим смс уведомление о причине сбоя инициализации системы.

На данном этапе разработана первая версия приложения, которое реализует данный замысел, так же приложение имеет функцию передачи изображения с камеры сервера на клиент устройство. Это приложение устанавливается как на сервер так и на клиент устройство. Учитывая динамику развития, функционал, популярность и огромный потенциал ОС Android (86 % смартфонов, проданных во втором квартале 2014 года, была установлена операционная система Android. При этом за весь 2014 год было продано более 1 миллиарда Android-устройств), данная система управления будет развиваться и получать новые возможности параллельно развитию самой операционной системы.

Результаты данной работы могут быть применены не только при разработке современных беспилотных летальных аппаратах или радиоуправляемых моделях, но и в любой сфере АСУ, как пример в промышленности в качестве HMI (человеко-машинный интерфейс). Система управления на основе предложенных методов дает возможность выполнять ряд ключевых функций, которые в настоящее время осуществляет дорогостоящего оборудования и тем снизить стоимость конечного продукта

Библиографический список

1. Беспилотные летательные аппараты, bp-la.ru.

2. Беспилотные летательные аппараты (БЛА) зарубежных стран. Боевое применение, modernarmy.ru

3. Беспилотные летательные аппараты: Методики приближенных расчетов основных параметров и характеристик, http://uav-sam.com

4. Слюсар, Вадим. Передача данных с борта БПЛА: стандарты НАТО.. Электроника: наука, технология, бизнес. - 2010. - № 3. С. 80 - 86. (2010).

5. Слюсар, Вадим. Радиолинии связи с БПЛА: примеры реализации.. Электроника: наука, технология, бизнес. - 2010. - № 5. C. 56 - 60. (2010).

6. П. Дейтел, Х. Дейтел, Э. Дейтел, М. Моргано. Android для программистов. Создаем приложения. - Питер, 2013, ISBN: 978-5-459-016468

7. С. Хашими, С. Коматинени, Д. Маклин. Разработка приложений для Android. - Питер -2011, ISBN: 978-5-459-00530-1.

8. Сатия Коматинени, Дэйв Маклин. Android 4 для профессионалов. Создание приложений для планшетных компьютеров и смартфонов = Pro Android 4. -- М.: Вильямс. -- 880 с. -- ISBN 978-5-8459-1801-7.

9. Коматинэни С., Маклин Д., Хэшими С. Google Android: программирование для мобильных устройств = Pro Android 2. -- 1-е изд. -- СПб.: Питер, 2011. -- 736 с. -- ISBN 978-5-459-00530-1.

Размещено на Allbest.ru