基于CC2500的輸電線路無人機(jī)巡檢抗干擾系統(tǒng)

黃順 衡陽師范學(xué)院物理與電子信息工程學(xué)院 陳中意 毛益華 劉倩 柏國桃 孫杰 衡陽師范學(xué)院信息工程學(xué)院

引言

輸電線路巡檢常利用無人機(jī)搭載巡檢設(shè)備對線路進(jìn)行信息的采集與分析來尋找出輸電線路故障點(diǎn)，及時做好搶修工作。但是由于無人機(jī)在巡檢的過程中受到的信號干擾的因素復(fù)雜多樣，依靠設(shè)置單一的頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)通信將導(dǎo)致通信質(zhì)量差。因此有必要進(jìn)行關(guān)于輸電線路無人機(jī)巡檢過程中信號傳輸抗干擾的研究。基于CC2500的輸電線路無人機(jī)巡檢抗干擾系統(tǒng)可以對附近2400.0MHz～2483.5MHz內(nèi)的頻段進(jìn)行監(jiān)控并智能搜索最佳的頻段，當(dāng)無人機(jī)在巡檢的過程中遇到復(fù)雜多變的環(huán)境時，巡檢設(shè)備可采用該系統(tǒng)智能搜索出來的最佳的頻段進(jìn)行通信，避開其他強(qiáng)干擾的頻段，管理員也可通過網(wǎng)頁端對巡檢過程的通信信號強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)可以為無人機(jī)巡檢的數(shù)據(jù)通信提供一種新的可靠性強(qiáng)、傳輸速率高、移動通信好、結(jié)構(gòu)靈活及成本低的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化平臺，真正為無人機(jī)巡檢的穩(wěn)定運(yùn)行提供幫助。

1 系統(tǒng)原理

基于CC2500的輸電線路無人機(jī)巡檢抗干擾系統(tǒng)主要由主控單元、CC2500模塊、3G通信模塊、數(shù)據(jù)采集客戶端和網(wǎng)頁監(jiān)控端構(gòu)成。該系統(tǒng)可以通過CC2500模塊接收外部無線射頻信號，STM32F103控制數(shù)據(jù)的接收、處理與儲存，將數(shù)據(jù)打包后通過3G通信模塊傳送至數(shù)據(jù)采集客戶端，數(shù)據(jù)采集客戶端對其接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以及儲存在數(shù)據(jù)庫里，利用AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁端的實(shí)時數(shù)據(jù)顯示。

2 硬件設(shè)計

CC2500是TI(Chipcon)公司一款低成本的UHF收發(fā)器,專為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計,可由軟件設(shè)定在2400～2483.5MHz頻率波段。STM32F103C8T6是 Cortex-M 內(nèi)核的32位控制器，相比較傳統(tǒng)的4位、8位單片機(jī)，具有性能高、處理速度更快、實(shí)時性強(qiáng)、低功耗和便于低電壓操作等優(yōu)點(diǎn)。故選擇STM32F103C8T6為控制器配置CC2500的寄存器。

本設(shè)計的信息收集與處理功能主要由STM32F103C8T6主控單元與CC2500模塊來完成。由STM32F103芯片來完成CC2500芯片初始化、信道監(jiān)聽、智能搜索與數(shù)據(jù)分析處理，將數(shù)據(jù)整理寫入RAM并通過3G通信模塊傳送到服務(wù)器端，在服務(wù)器端搭建一個網(wǎng)站界面，用來實(shí)時監(jiān)聽信號強(qiáng)度RSSI。STM32F103C8T6主控單元與CC2500模塊使用SPI通信協(xié)議進(jìn)行通訊。CC2500提供的SPI接口分二類，上行和下行。下行包括讀寫寄存器和發(fā)命令，使用管腳CSN(片選)，SI(輸入)，SO(輸出)，SCLK(輸出時鐘)進(jìn)行操作。上行主要是狀態(tài)反饋的兩個管腳GDO0、GDO2，反饋CC2500的工作狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計

單片機(jī)首先要進(jìn)行SPI初始化、CC2500初始化、3G通信模塊和相關(guān)寄存器的配置等，做好初始化操作后開始進(jìn)行掃描信道，進(jìn)入初始化信道獲取當(dāng)前信道的RSSI值與信道ID，將二者存入相應(yīng)數(shù)組中，接著判斷所有信道是否掃描完畢，若是沒有，則進(jìn)入下一個信道開始獲取當(dāng)前信道的RSSI值與信道ID，將二者存入相應(yīng)數(shù)組中；若是所以信道掃描完畢，通過最大值算法計算出最佳信道ID，將CC2500設(shè)置為當(dāng)前最佳信道，繼續(xù)監(jiān)視當(dāng)前最佳信道獲取到的RSSI值，將獲取到的RSSI值與初始化設(shè)置好的閾值相比較來判斷當(dāng)前最優(yōu)信道質(zhì)量是否良好。從而根據(jù)最優(yōu)信道中信號的質(zhì)量好壞來選擇是重新設(shè)置最優(yōu)信道，還是將當(dāng)前最優(yōu)信道的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲雜RAM中。單片機(jī)將數(shù)據(jù)打包傳送到服務(wù)器端，服務(wù)器端的數(shù)據(jù)采集客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、處理與存儲至數(shù)據(jù)庫，緊接著利用AJAX技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁端的實(shí)時數(shù)據(jù)顯示。

4 結(jié)論

基于CC2500的輸電 線路無人機(jī)巡檢抗干擾系統(tǒng)以STM32F103C8T6為控制核心，集成了CC25OO信號采集模塊，通過3G通信模塊與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)采集客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在網(wǎng)頁上實(shí)現(xiàn)對最優(yōu)信道上RSSI值的實(shí)時監(jiān)控。該系統(tǒng)為在環(huán)境復(fù)雜，干擾因素多的無人機(jī)巡檢過程的安全運(yùn)行、穩(wěn)定通信提供了良好的解決方案，有效的提高了無人機(jī)巡檢過程中網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性和可靠性。