用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备。

背景技术

无人机控制站是指具有对无人机飞行平台和任务载荷进行监控和操纵的能力，包含对无人机发射和回收控制的一组设备。

目前，市场上常见的低价无人机地面站需要控制人员在地面站面前进行操作与控制，无法进行异地操作。随着无人机在各种恶劣环境下投入使用，地面站的操作人员会面临各种危险。使用地面站时不仅需要地面站的维护人员，还需要无人机操作员，大大提高了公司出差成本。而定制可以远程使用的无人机地面站不仅提高了无人机地面站的制造成本，现有地面站由于不能满足需求而报废也造成了资源浪费。

如何利用现有无人机地面站实现远程控制，是当前无人机地面站亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备，解决了现有无人机地面站无远程控制功能，购买更换带远程功能的无人机地面站会造成现有无人机地面站浪费及增加使用成本等问题。现有无人机地面站已有完整的人机交互接口，地面站工作人员可以外接键盘鼠标等外接人机交互设备来操作无人机，地面站内部使用排针进行连接主板与控制面板，因此可以用外置辅助设备来进行操作无人机地面站。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备，包括外壳1、支撑零件2、单板计算机3、图像采集电路4、地面站开关和状态信号的控制与获取电路5、树莓派USB扩展板6；所述树莓派USB扩展板6安装在壳体101内，通过支撑零件2的沉头螺丝202、六角螺母203进行连接；所述单板计算机3有一个树莓派电路板301，树莓派电路板301上带有排针303；

所述图像采集电路4的主体为HDMI转CSI电路板401，通过FFC/FPC软排线404与树莓派FFC/FPC接口304进行连接，HDMI母口402通过HDMI线9与无人机地面站11进行连接；

所述地面站开关和状态信号的控制与获取电路5的主体为控制板501，其上有XH2.54接线端子502，通过控制连接线7将控制板501与无人机地面站的开关重启键、指示灯连接，采用一分二的方式进行连接，控制板501上有排母，与树莓派电路板的排针303进行连接通信与供电；

所述树莓派USB扩展板6通过天线弹片601与树莓派电路板301的触点进行连接，扩展出一个扩展板USB-A公头602。

所述的外壳1包括壳体101及与其匹配的盖子102，外壳1外部安装风扇103。

所述的单板计算机3的孔位穿过沉头螺丝202，放置在六角螺母203上，四个单头六角隔离柱201与沉头螺丝202连接，对单板计算机3进行固定，树莓派电路板301上的金属触点与树莓派USB扩展板6的天线弹片601接触；散热片302贴在单板计算机3的芯片上。

所述的地面站开关和状态信号的控制与获取电路5的控制板501放置在单头六角隔离柱201上，且控制板501上的孔位穿过同侧两个单头六角隔离柱201上端螺柱，使排母503与树莓派电路板的排针303一一对应进行连接；通过四个单头六角隔离柱201与单板计算机3的四个单头六角隔离柱201进行连接，以辅助固定控制板501。

所述的图像采集电路4放置在固定控制板501的四个单头六角隔离柱201上，使HDMI转CSI电路板401上的孔位穿过四个单头六角隔离柱201上端螺柱；HDMI转CSI电路板401通过FFC/FPC软排线404连接单板计算机3的树莓派FFC/FPC接口304及HDMI转CSI电路板401的FFC/FPC连接器403；HDMI母口402通过HDMI线9与无人机地面站11连接。

所述的盖子102盖在图像采集电路4上，孔位穿过四个单头六角隔离柱201上端螺柱，在外部通过六角螺母203进行固定连接。

所述的外壳1上安装操作显示屏。

无人机地面站的视频输出信号，由外置辅助设备采集到后，通过服务器传递给用户终端；外置辅助设备直接通过内网穿透方式以供用户终端访问，将视频信号直接传递给用户终端；整个过程使用socks加密传输方式进行通信。

用户终端将控制数据传递给服务器，然后服务器传递给外置辅助设备，最终外置辅助设备控制无人机地面站完成操作；由于外置辅助设备可通过内网穿透的方式以供用户终端访问，因此用户终端也可直接将控制数据传递给外置辅助设备，再由外置辅助设备控制无人机地面站；整个过程使用socks加密传输方式进行通信。

本发明的有益效果在于：构思新颖，结构简单。体积小巧，可以用一只手握住，可以放入衣物口袋中随身携带，如果不需要远程控制无人机地面站开关与获取地面站指示灯，还可以去掉地面站开关和状态信号的控制与获取电路，使其体积更小。实现了为现有常规人机地面站新增远程控制的功能，可在无人机地面站关机情况下远程开启地面站，当无人机地面站系统死机情况下使用硬重启来重启无人机地面站，可以通过获取无人机地面站的指示灯状态了解无人机地面站状态。可以通过互联网远程操作无人机地面站，来让普通地面站拥有远程控制的功能。整个通信过程可实现加密连接，保证远程访问的安全性。实用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的支撑零件连接方式示意图；

图3为本发明的内部示意图；

图4为本发明的内部连接结构示意图；

图5为本发明的控制连接线的结构示意图；

图6 为本发明的使用示意图；

图7 为本发明的控制连接线在地面站内部一种连接方式示意图；

图8 为本发明的显示数据传输流程图；

图9 为本发明的控制数据传输流程图。

图中：1、外壳；101、壳体；102、盖子；103、风扇；2、支撑零件；201、单头六角隔离柱；202、沉头螺丝；203、六角螺母；3、单板计算机；301、树莓派电路板；302、散热片；303、排针；304、树莓派FFC/FPC接口；4、图像采集电路；401、HDMI转CSI电路板；402、HDMI母口；403、FFC/FPC连接器；404、FFC/FPC软排线；5、地面站开关和状态信号的控制与获取电路；501、控制板；502、XH2.54接线端子；503、排母；6、树莓派USB扩展板；601、天线弹片；602、扩展板USB-A公头；7、控制连接线；701、2PIN XH2.54mm连接端子插头；702、2PIN 2.54mm杜邦公端子；703、2PIN 2.54mm杜邦母端子；704、2PIN 1M 杜邦线；705、2PIN 25cm杜邦线；8、数据传输与供电线；801、供电USB-A公头；802、通信USB-A公头；803、USB-A 母头；9、HDMI线；10、micro-SD卡；11、无人机地面站；1101主板；1102面板；12、无线路由器；13、外置辅助设备。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图7所示，本发明的用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备，包括外壳1及其内部的支撑零件2、单板计算机3、图像采集电路4、地面站开关和状态信号的控制与获取电路5、树莓派USB扩展板6、控制连接线7、数据传输与供电线8、HDMI线9、micro-SD卡10、无人机地面站11、无线路由器12。所述外壳1包括壳体101、盖子102、风扇103；所述支撑零件2包括单头六角隔离柱201、沉头螺丝202、六角螺母203；所述单板计算机3包括树莓派电路板301、散热片302、排针303、树莓派FFC/FPC接口304；所述图像采集电路4包括HDMI转CSI电路板401、HDMI母口402、FFC/FPC连接器403、FFC/FPC软排线404；所述地面站开关和状态信号的控制与获取电路5包括控制板501、XH2.54接线端子502、排母503；所述树莓派USB扩展板6包括天线弹片601、扩展板USB-A公头602；所述控制连接线7包括2PINXH2.54mm连接端子插头701、2PIN 2.54mm杜邦公端子702、2PIN 2.54mm杜邦母端子703、2PIN 1M 杜邦线704、2PIN 25cm杜邦线705；所述数据传输与供电线8包括供电USB-A公头801、通信USB-A公头802、USB-A 母头803。其中，树莓派FFC/FPC接口304、FFC/FPC连接器403、FFC/FPC软排线404中出现的“/”表示“或”的意思。FFC(Flexible Flat Cable)柔性扁平电缆；FPC（Flexible Printed Circuit ）柔性电路板。HDMI（High DefinitionMultimedia Interface）高清多媒体界面。

所述风扇103通过沉头螺丝202、六角螺母203安装在外壳1的侧面；

所述树莓派USB扩展板6安装在壳体101内，通过支撑零件2的沉头螺丝202、六角螺母203进行连接；沉头螺丝202穿过壳体101与树莓派USB扩展版6预留的孔洞，起到定位的作用。六角螺母203在树莓派USB扩展板6的上端，加固了树莓派USB扩展板6与壳体101的连接，也为其天线弹片601与树莓派电路板301上的触点连接起到支撑的作用。

所述单板计算机3的孔位穿过沉头螺丝202，放置在六角螺母203上，然后将四个单头六角隔离柱201与沉头螺丝202连接，对单板计算机3进行固定，并可使树莓派电路板301上的金属触点与树莓派USB扩展板6的天线弹片601接触；散热片302贴在单板计算机3的芯片上；

所述地面站开关和状态信号的控制与获取电路5的控制板501放置在单头六角隔离柱201上，且控制板501上的孔位穿过同侧两个单头六角隔离柱201上端螺柱，使排母503与树莓派电路板的排针303一一对应进行连接；通过四个单头六角隔离柱201与单板计算机3所使用的四个单头六角隔离柱201进行连接，以辅助固定控制板501；

所述图像采集电路4放置在固定控制板501的四个单头六角隔离柱201上，使HDMI转CSI电路板401上的孔位穿过四个单头六角隔离柱201上端螺柱；HDMI转CSI电路板401通过FFC/FPC软排线404连接单板计算机3的树莓派FFC/FPC接口304及HDMI转CSI电路板401的FFC/FPC连接器 403；HDMI母口402通过HDMI线9与无人机地面站11连接；

所述盖子102盖在图像采集电路4上，并使孔位穿过四个单头六角隔离柱201上端螺柱，在外部通过六角螺母203进行固定连接。

本发明采用树莓派作为单板计算机，通过图像采集电路采集无人机地面站的视频信号数据，使用无线路由器访问互联网，将数据传递给异地的用户终端。用户终端通过此外置辅助设备控制无人机地面站。整个数据传输过程使用socks等方式加密。本发明的外壳、支撑零件、单板计算机、图像采集电路、地面站开关和状态信号的控制与获取电路、树莓派USB扩展板组装起来，其大小可以用一只手握住，可以放入衣物口袋中随身携带，如果不需要远程控制无人机地面站开关与获取地面站指示灯，还可以去掉地面站开关和状态信号的控制与获取电路，使其体积更小。

本发明不仅可以作为无人机地面站的配套硬件，还可用在工业、农业控制终端的远程改造上，作为无人机地面站外置辅助设备仅为本发明的现有实施案例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1：

参见图1至图7所示，一种用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备，包括外壳1、支撑零件2、单板计算机3、图像采集电路4、地面站开关和状态信号的控制与获取电路5、控制连接线7、树莓派USB扩展板6、数据传输与供电线8、HDMI线9、5V电源、无线路由器12。

所述外壳1包括壳体101及与其匹配的盖子102。在外壳1外部装有风扇103，向外壳1内吹风，以增强设备的散热。

所述支撑零件2，包括八个单头六角隔离柱201、七个沉头螺丝202、七个六角螺母203，这些支撑零件用来固定该硬件设备内各组成部分，保证各部分可以正常连接。

所述单板计算机3有一个树莓派电路板301，树莓派电路板301上带有排针303。在处理芯片上带有散热片302以进行辅助散热。系统写在micro-SD卡10中，插在树莓派电路板301上。

所述图像采集电路4，主体为HDMI转CSI电路板401，其上HDMI转CSI电路FFC& FPC接口使用FFC/FPC软排线404与树莓派FFC/FPC接口304进行连接，HDMI母口402使用HDMI线9与无人机地面站11进行连接。

所述地面站开关和状态信号的控制与获取电路5，主体为控制板501，其上有XH2.54接线端子502，使用控制连接线7将控制板501与无人机地面站开关重启键、指示灯等连接，使用一分二的方式进行连接，控制板501上有排母，与树莓派电路板的排针303进行连接通信与供电。

所述树莓派USB扩展板6，使用天线弹片601与树莓派电路板301的触点进行连接，扩展出一个扩展板USB-A公头602，以降低野外使用时损坏的几率。

所述控制连接线7，一份有多组线，一组线包括一个2PIN XH2.54mm连接端子插头701、一个2PIN 2.54mm杜邦公端子702、一个2PIN 2.54mm杜邦母端子703、一条2PIN 1M 杜邦线704、一条2PIN 25cm杜邦线705。使用所述控制连接线7将XH2.54接线端子502与无人机地面站11内主板1101进行连接。其中，2PIN 2.54mm杜邦母端子703与无人机地面站11内主板上插针进行连接，2PIN 2.54mm杜邦公端子702与无人机地面站11面板1102上按钮或指示灯的插头进行连接，以在不影响无人机地面站正常工作的情况下获取面板状态灯的信息或进行开关按键的控制。

所述数据传输与供电线8，数量为一个，其包含一个用来通信的通信USB-A 公头802与无人机地面站USB接口连接，以便模拟人机交互设备。一个用来供电的供电USB-A公头801与5V电源连接，以提供辅助供电， USB-A 母头与本发明的外置辅助设备13进行连接。使用时所述供电USB-A公头801插入常见USB 5V电源内，所述通信USB-A公头802插入无人机地面站11的USB接口内，所述USB-A母头803与外置辅助设备上的扩展板USB-A公头602连接。

所述5V电源，数量为一个，可用USB接口进行供电，以在无人机地面站完全关机的情况下，为该外置辅助设备13供电，以便工作人员可以远程开机无人机地面站。

所述无线路由器12，插入4G上网卡后打开电源，为外置辅助设备13提供WIFI信号。外置辅助设备13也可使用网线、串口连接路由器，进而可以访问互联网。

所述无线路由器为外置辅助设备13提供可访问互联网的WIFI信号，可使用便携式4g无线路由器或使用手机开WIFI热点即可。

参见图8及图9所示，本发明的用于无人机地面站增加远程控制功能的外置辅助设备13的显示数据传输流程为：无人机地面站的视频输出信号，由外置辅助设备采集到后，通过服务器传递给用户终端。外置辅助设备也可直接通过内网穿透方式以供用户终端访问，可将视频信号直接传递给用户终端。整个过程可以使用socks等加密传输方式进行通信。

外置辅助设备13的控制数据传输流程为：用户终端将控制数据传递给服务器，然后服务器传递给外置辅助设备，最终外置辅助设备控制无人机地面站完成操作。由于外置辅助设备可通过内网穿透的方式以供用户终端访问，因此用户终端也可直接将控制数据传递给外置辅助设备，再由外置辅助设备控制无人机地面站。整个过程可以使用socks等加密传输方式进行通信。

micro-SD卡10的系统中，使用多媒体处理工具（FFmpeg）将树莓派FFC接口304获取到的视频信号转换为视频流，使用web服务器软件（Nginx）将视频流显示到浏览器网页上。浏览器中的网页捕获鼠标操作，同时将键盘输入内容与鼠标操作传输到此外置设备中，此外置设备通过扩展板USB-A公头602，模拟成键盘与鼠标等设备，通过通信USB-A 公头802连接到无人机地面站的USB接口，以实现在无人机地面站上执行与远程网页端相同的操作。用户可以在浏览器中的网页点击按钮，控制电脑主板控制线路7上每组线路的通断，从而控制无人机地面站上的按钮开关。通过上面的流程，可实现远程操作无人机地面站。

本实施例采用树莓派作为单板计算机，通过图像采集电路采集无人机地面站的视频信号数据，使用无线路由器访问互联网，将数据传递给异地的用户终端。用户终端通过此外置辅助设备控制无人机地面站。整个数据传输过程使用socks等方式加密。可解决现有无人机地面站无远程控制功能，购买使用带远程功能的无人机地面站会造成现有无人机地面站浪费的问题。将外壳、支撑零件、单板计算机、图像采集电路、地面站开关和状态信号的控制与获取电路、树莓派USB扩展板组装起来，其大小可以用一只手握住，可以放入衣物口袋中随身携带，如果不需要远程控制无人机地面站开关与获取地面站指示灯，还可以去掉地面站开关和状态信号的控制与获取电路，使其体积更小。也可通过控制连接线7获取无人机地面站指示灯的状态，在浏览器中的网页上显示出来。通过上面的流程，可实现远程操作无人机地面站，并实时获取无人机地面站的状态信息。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。