Tag Archives: 物联网

【IOT/物联网】工业物联网需克服的十大挑战

目前,大多数介绍物联网(IoT)的新闻集中在家庭自动化,可穿戴设备电子产品,和其他消费应用。但是解决工业物联网中的问题更为迫切,如供应链的预测维护对整合。对于工业物联网(IIoT)必须克服一些重大的挑战。

安全性

  显然,大家都认同安全是互联网连接工业系统的一个关键问题。戴尔公司是工业互联网联盟的一员,在其IIoT战略列表顶部列出的就是安全性问题。工业攻击的威胁越来越严重,在很多SCADA系统被发现类似BlackEnergy的恶意软件。 ...

【BlackBerry/IOT】黑莓正式进军物联网:推Project Ion项目

据科技博客GiGaom报道,加拿大智能机厂商黑莓旗下云服务部门副总裁亚历克·桑德斯(Alec Saunders)近日在旧金山举行的科技大会上,宣布推出名为“Project Ion”的项目,并呼吁开发者在该平台上打造应用。凭借“Project Ion”项目,黑莓正式进军物联网领域,并将该公司在通讯领域享受的安全“金字招牌”,应用到传感器、汽车、以及其智能设备的连接中。 ...

密码保护:【Internet of Things】四轴飞行器可行性分析报告

实时情况反映飞行器

——可行性分析报告

杨奕(组长) 韩志 梁根鑫 王禹欣

【实用背景】

对于我们的航模,我们有两种实用思路。

第一:

从汶川地震开始,我们关注到,在许多地区发生灾害以后,各种通讯设备无法使用导致与外界的交流阻断,同时受灾地区交通阻塞,救援队伍无法进入勘察受灾状况。于是,我们想到使用小型的遥控航模附带上实施航拍以及GPS导航功能,快速及时地反映那些对外交流困难的受灾地区的受灾情况,从而更有利于救援行动的开展。

第二:

现代交通业的迅速发展和膨胀导致了公路拥堵现象越发严重。尤其是经历了2012年十一假期个全国性交通堵塞,我们深感及时的了解前方路况让车辆分流有多么重要。并且,现在的城市道路上都已经装上摄像头,这些设备可以协助交通部门管理城市道路。但高速公路上缺少这样的设备。并且高速公路路况可能变化很快,这更需要某种机制可以帮助疏导车流。所以,我们设想,与交通部门取得联系,在我们完成航模之后,借用交通部门高速公路上的网络端口,将拍摄的图像实时传输回来,以保证车辆的快速通过。

 

【预算分析】

四轴机架带陀螺仪251

飞控板250

无刷电机4*100=400

电调4*88=352

正反桨2*24= 48

锂电池120

平衡充电器188

7通道遥控器及接收器600

舵机 16*2=32

平板天线67.8

无线电视频传输设备540

微型彩色摄像头200

杂费500

总造价约3548.8

 

【航模飞行可行性】

经过调查,我们发现,四轴飞机的稳定性和可控制性都比较好,所以,我们选择四轴飞机作为航模。

四轴/多轴飞行器原理不复杂,以四轴为例,四个桨构成一个旋翼平面,靠飞控板控制每个动力组的输出,来控制旋翼平面的倾斜,靠升力的分力来改变飞行方向


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 四轴飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源,旋翼对称分布在机体的前后左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼轴距几何中心的距离相等,旋翼1和旋翼3逆时针旋转,旋翼2和旋翼4顺时针旋转,四个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。

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当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡四轴不会向任何一个方向倾转而四个电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡保证了四轴航向的稳定

四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动

四个桨产生的推力超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停

当四轴需要向前方运动时, 2,4号电机保持转速不变, 3号电机转速下降, 1号电机转速上升此时1号电机产生的升力大于3号电机的升力四轴就会沿几何中心向前倾转桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动 

当四轴要转向左转向时, 1,3号电机转速上升, 2,4号电机转速下降使向左的反扭距大于向右的反扭矩四轴在反扭距的作用下向左旋转右转同理。

 

我们预期能通过改装和程序控制,使得四轴飞机的四个螺旋桨方向都能成为机首,以实现六通道甚至直接斜上斜下的飞行功能,达到尽量准确快速勘察情况的目的。

同时,考虑到载重的限制,我们首先会选择大小适合的机型,使得其载重能够达到要求,比如能承载达到功率要求的无线传输设备、微型摄像头以及GPS导航装置。另外为了使航模能飞行并且较为平稳,我们会选择轻质的设备,尽量减小其载重。

【无线传输可行性】

航模遥控有专用频率,可以满足距离要求,但航模遥控频段无法满足视频传输的需要,那些网上卖的大功率2.4G模拟信道都是非法的,对WIFI、蓝牙、Zigbee和其它2.4G信道而言都是强大的干扰源。

同时,传输实时视频信号需要足够的带宽,3KM以上的高带宽无线传输需要足够的发射功率,500mW是不够的,而且这样的信道严重违法,即使采用数字技术也要申请使用执照,而这类执照个人或私营企业去申请的话肯定不会获批。

通过网上了解,利用3G信道确实是唯一合法且可行的解决之道,但是由于3G技术尚未完全成熟,应用也基本局限于手机,所以难以实现。

我们又了解到:

780M无线模块基于ATMEL公司 AT86RF212射频芯片设计(另外还支持868MHz/915MHz频段),具有低功耗、

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高灵敏度和穿透力强等特点,在相同发射功率情况下,具有比其他ISM 频段的无线收发器更强的穿透力、更远的通信距离以及更好的通信质量。 

780MHz无线通讯最大的优点是干净,避免了2.4G433M频段内民用无线设备的干扰,将会是物联网行业的中流砥柱之一。780MHz无线传感网模块可以衍生出有源RFID(即 Active RFID)、无线传感网节点、路由和网关,还可以和其他网络模块配合进行网络融合、跨网络使用。 

以不带任何放大情况下,模块特性如下: 

1、真正实现传输500米无误码,空旷条件下可达1.5km以上; 

  2、支持IEEE802.15.4/ZIGBEE协议; 

3、工作频段780M/868M/915M; 

4780MHz频段发射功率最大5dbm, 915MHz频段发射功率最大10dbm; 

5、使用STM32系列MCU的情况下,每30秒发送一次数据,一节2700mAh的电池,可维持4年以上工作时间;

同时,比较几种不同的传输,我们看到,目前困扰物联网行业的一个致命问题就是同频段干扰太多2.4G是全球通用的,902928 MHz是北美的,863870 MHz是欧洲的,779787 MHz是中国新开的,470-517MHz是国家电网计量频段,无需申请的。所以2.4G433MHz使用的及较多,相对应的,干扰也就多。

我们会尽量采取合法的方式进行视频传输。也考虑过通过无线网络连接采集设备和接收设备,那么就需要当地分布了无线网络。这一点在高速公路上比较容易实现。但是对于灾区的勘察,可能非法的信号更为实用。毕竟当地的信号已经阻断,想要快速了解情况,除了使用自备的传输设备别无他法。

 

附录

13种不同频段比较

2780M 无线模块

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3780M无线模块技术规格

4、附四轴飞行器名词解释

(1) 通道:   通道就是可以遥控器控制的动作路数,比如遥控器只能控制四轴上下飞,那么就是1个通道。但四轴在控制过程中需要控制的动作路数有:上下、左右、前后、旋转。所以四轴飞行器最低得4通道遥控器。要实现航拍功能则就需要更多通道的遥控器。

(2) 飞控:  四轴飞行器相对于常规航模来说,最最复杂的就是电子部分了。之所以能飞行得很稳定,全靠电子控制部分 对四轴飞行状态进行快速调整 。在常规固定翼飞机上,陀螺仪并非常用器件,在相对操控难度大点的直机上,如果不做自动稳定系统,也只是锁尾才用到陀螺仪。四轴飞行器与其不同的地方是必须配备陀螺仪,这是最基本要求,不然无法飞行,更谈不上飞稳了。不但要有,还得是3轴向(XYZ)都得有,这是四轴飞行器的机械结构、动力组成特性决定的。在此基础上再辅以3轴加速度传感器,这6个自由度,就组成了飞行姿态稳定的基本部分,也是关键核心部分惯性导航模块,简称IMU。飞行中的姿态感测全靠这个IMU了,可见它是整架模型的核心部件 

(3) 电调:    电调的作用就是将飞控板的控制信号,转变为电流的大小,以控制电机的转速。
四轴飞行器四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨,只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离心力,保持机身不容易很快的侧翻掉。所以通常用到的舵机控制信号更新频率很低。四轴为了能够快速反应,以应对姿态变化引起的飘移,需要高反应速度的电调,常规PPM电调的更新速度只有50Hz左右,满足不了这种控制所需要的速度,且PPM电调MCU内置PID稳速控制,能对常规航模提供顺滑的转速变化特性,用在四轴上就不合适了,四轴需要的是快速反应的电机转速变化。用高速专用电调,IIC总线接口传送控制信号,可达到每秒几百上千次的电机转速变化,在四轴飞行时,姿态时刻能够保持稳定。即使受到外力突然冲击,依旧安然无恙。

(4) 无刷电机:  电机分为有刷电机和无刷电机,无刷是四轴的主流。它力气大,耐用。

(5) 正反桨:    四轴飞行为了抵消螺旋桨的自旋,相隔的桨旋转方向是不一样的,所以需要正反桨。正反桨的风都向下吹。适合顺时针旋转的叫正浆、适合逆时针旋转的是反浆。

(6) 锂电池:     同样电池容量锂电最轻,起飞效率最高。

(7) 平衡充电:   3s电池,内部是3个锂电池,因为制造工艺原因,没办法保证每个电池完全一致,充电放电特性都有差异,电池串联的情况下,就容易照常某些放电过度或充电过度,充电不饱满等,所以解决办法是分别对内部单节电池充电。