王杭 賀渝鑌

（1.昆明供電局信息中心 云南省昆明市 650011 2.云南電網有限責任公司昆明供電局 云南省昆明市 650000）

1 基于CC2500的輸電線路無人機巡檢抗干擾系統的功能特點

無人機巡檢抗干擾系統的運行，主要是通過對不同頻段的信號傳輸進行分析和分類，并根據實際工作環境快速的搜索和選取信號傳輸質量及效率都最佳的頻段，因此通過對這種抗干擾系統的應用，便可以使無人機在復雜多變的環境下也能夠確保數據和信號傳輸的及時與有效。例如以CC2500 芯片為基礎的無人機巡檢抗干擾系統，便主要針對無人機信號搜索最大范圍內的2400.0MHz ～2483.5MHz頻段展開實時的監控，以設備運行環境的變化為最佳頻段選擇的基礎，利用智能排除選取的方式，選擇受其他頻段干擾最小的最優頻段。同時這種干擾系統還支持系統管理人員利用終端設備接收無人機發出的信號，并依據信號的強度和傳輸速度，判斷運行的無人機所屬環境的干擾強度及抗干擾系統的運行效果。這樣便可以在智能系統判斷缺乏科學性的時候，及時切換到人工處理的方式，確保無人機巡檢過程的順利和高效。另外，這種抗干擾系統無論是在安裝、管理、調節還是應用的過程中，都體現出了較高的靈活性特點，同時網頁端監控和管理的方式，也使得該系統的配套設備更加簡潔，系統造價也相對更加低廉，因此具有更加廣泛的應用市場和普及價值。由此可見，基于CC2500的輸電線路無人機巡檢抗干擾系統的功能特點及應用優勢，在于其本身所具有的移動通信質量高、信號傳輸速度快以及穩定性較強等性質。同時造價成本低和設備靈活性好，也使得該系統能夠在未來的輸電線路無人機巡檢行業中，能夠得到更大范圍的推廣和應用。

2 抗干擾系統的結構組成和運行原理

基于CC2500的輸電線路無人機巡檢抗干擾系統是由多項先進的科學技術組成的，一種用于提高信號傳輸質量和效率，屏蔽無人機設備運行環境中其他頻段信號干擾的重要系統。該系統的組成大體上可以分為控制單元、功能模塊、客戶端和終端等幾個基本結構組成：其中控制單元還分為主控單元和輔助控制單元，這也是實現人工方式對無人機工作模式進行管理、對抗干擾系統進行調節和優化必不可少的結構；功能模塊是支持無人機抗干擾系統進行信息收集和處理、信號傳輸頻段的搜索與選擇、數據和信號傳輸的功能區間，以CC2500 芯片為基礎的抗干擾系統中采用的是3G 通信傳輸模塊和CC2500 模塊；而客戶端和網頁終端，則分別負責在無人機巡檢運行過程中進行目標數據采集和終端系統監控和人工管理，這樣針對一些特殊的線路故障點和緊急設備運行的情況，便可以進行靈活的協調和處理，確保輸電線路巡檢工作的順利進行。

圖1：CC2500 結構設計圖

無人機信號接收的質量，在很大程度上影響了對輸電線路的巡檢效果以及將網頁終端進行信號傳輸的質量，因此為了對無人機抗干擾系統進行信號接收功能強化，通常在使用時會對CC2500 功能模塊芯片進行外部無線射頻信號接收裝置的外接。同時STM32F103負責對接收的外部信號進行匯集和處理，并且存儲在無人機自帶設備的本地空間內，根據工作任務需求，將數據進行分類和打包，最終通過3G 通信模塊功能向數據采集客戶端進行信息發送。數據采集客戶端在接收到相應的數據和重要文件之后，會結合巡檢任務的等級進行秩序排布，同時進一步分析和處理提取關鍵的數據結構，之后將所有數據存儲到數據庫中便于管理人員進行查找和提取。最后，數據庫所存儲的數據還需要通過科學的途徑顯示給管理人員才能夠真正發揮作用，因此系統管理人員還需要利用AJAX 技術，構建數據庫與網頁端之間的傳輸通道。通過對這些功能模塊以及數據傳輸和顯示技術的結合應用，該系統基本可以實現信號采集、數據處理、信息傳輸、分類存儲、智能化提取以及網頁端實時數據顯示這一連續的工作過程。圖1 為CC2500 結構設計圖。

3 基于CC2500的輸電線路無人機巡檢抗干擾系統硬件設計

3.1 控制器和寄存器的選擇

在選擇輸電線路無人機巡檢抗干擾系統的硬件時，最重要的內容便是對功能芯片的選擇，這是確保抗干擾系統能夠發揮出穩定功能與高強性能的重要基礎。從多種信號收發器中選擇CC2500 功能芯片的依據在于，工作人員既需要考慮到無人機巡檢抗干擾系統的功能和水平，可以滿足實際輸電線路巡檢過程中的應用需求，以及在復雜多變的自然環境中可以保持較好的信號接收和發送效果；同時相關專業設備的購進、維修和保養都需要花費大量的資金成本，所以在選擇抗干擾系統主要的硬件時，還應該從經濟性的角度出發考慮問題。首先CC2500 具備低功耗的無線信號接收與傳輸功能，其內部控制器應用的是Cortex-M 內核的32 位控制器，該控制器名稱為STM32F103C8T6，數據處理的速度以及使用性能要遠遠高于傳統抗干擾系統所采用的4 位和8 位單片機。同時這種控制器的運行，只需要低電壓提供支持，便可以實現低功耗、高效率的信號接收與傳輸效果，在無人機車等小型設備中具有較好的經濟效益和應用優勢。另外，通過軟件設定可以將CC2500 這種低成本的UHF 收發器的頻率波段，設定在2400MHz ～2483.5MHz 的范圍內，這樣便提高了無人機巡檢抗干擾系統的適用范圍，基本能夠滿足大部分輸電線路巡檢工作的參數和功能要求。因此，無論對于成本控制還是性能與功能發揮等方面因素的考慮，選擇搭載了STM32F103C8T6 控制器的CC2500 寄存器，都是科學合理、應用可行的。

表1：960MHz 和2.4GHz 的各項指標對比

3.2 功能模塊的設計

STM32F103C8T6 主控單元和CC2500 功能模塊，是該抗干擾系統在進行信息收集和處理的過程中，主要依賴的硬件結構。例如對不同信號頻道的監聽、搭載巡檢設備的無人機在環境多變的情況下進行智能頻段選擇、芯片數據的整理和存儲等功能，都是由系統管理人員通過STM32F103C8T6 控制CC2500 模塊來完成的。同時由于該系統需要與服務器端進行連接，這樣才能實現數據的共享以及在網頁端向管理人員進行實時顯示，因此在硬件設計的過程中還需要包含將整理和打包好的數據寫入RAM，之后通過3G 通信模塊向指定的服務器端進行分類傳輸。而為了便于工作人員在服務器端對信號傳輸的效果和信號強度RSSI 進行檢測，那么對網站界面的搭建和設計，應該更加專業化和規范化。而該系統通信功能的具體實現，則需要依靠SPI 通信協議來保障通信路徑的暢通和通信質量的提高，與CC2500 模塊相匹配的SPI 通常都具有上行接口和下行接口兩部分，并分別負責計算機指令的發出以及對外部設備工作狀態的反饋。

4 基于CC2500的輸電線路無人機巡檢抗干擾系統軟件設計

由于在無人機巡檢抗干擾系統中有大量單片機的應用，因此軟件設計的思路應首先進行SPI 初始化和CC2500 初始化，之后根據寄存器的使用需求進行通信模塊、信號傳輸設備以及客戶端接收設備的配置。在系統初始化和基本設備配置完成之后，要對寄存器所使用的相應信道進行掃描和存入，信道掃描的主要內容是獲取完整的信道ID 和信號強度RSSI 值，同時按照不同的數組分類進行分別存入。在此過程中，要對信道的掃描狀態進行初步判斷，如判斷掃描完成則需要進一步計算和選擇最佳信道，并提取出相應的信道ID 和信號強度RSSI 值進行下一階段的檢測和傳輸效率比較；如判斷掃描未完成，則需要選擇下一信道重復上述掃描步驟獲取ID 和RSSI 值。同時需要注意的是，在選擇最佳信道的過程中應采用最大值計算法，而為了確保所選擇的信道在實際應用的過程中能夠具有較高的傳輸質量，因此還需要根據系統初始化時設定的閥值標準，判斷所選擇的信道是否為最優路徑。最后，便是將寄存器收集、分析和整理的數據通過寫入存儲到RAM 中，存儲結束后將RAM 中的數據進行打包和分類，再分別發送到相應的服務器端供數據采集客戶使用。而在網頁端無人機設備的運行狀態以及抗干擾系統的各項功能參數，都會通過AJAX 技術從數據庫中進行抽調和顯示，這樣便可以進一步提高管理人員對無人機抗干擾系統的監測和管理效率。

5 信號傳輸距離與抗干擾平衡性分析

通過對基于CC2500的輸電線路無人機巡檢抗干擾系統進行硬件配備和軟件設計，該系統的最佳信道選擇以及工作流程，都已經得到了初步完善。但是在實際投入使用的過程中，由于無線信號傳輸時會產生損耗從而造成信號接收質量整體水平降低，嚴重時甚至會導致輸電線路故障點的位置與狀態信息掃描精確度不足，因此還需要通過進一步精確計算來確定無線信號傳輸過程的損耗量。傳輸損耗的計算公式如下所示：

［Lfs］（dB）=32.44+20lgd（km）+20lgf（MHz）

上述公式主要體現的是信道頻率與傳輸損耗之間的關系，式中Lfs、d 和f 分別代表的是傳輸損耗、傳輸距離和頻率，根據公式的形式可以看出，隨著頻率的提高無線信號的傳輸損耗會相應增大，而更遠的傳輸距離則需要通過提高讀寫器的發射頻率來實現。而為了進一步探究損耗量在不同頻率下的實際變化量，便通過選取960MHz 和2.4GHz 作為兩種超高頻的代表進行實驗，實驗結果對比如表1所示。

實驗結果顯示，2.4GHz 頻率下信號傳輸的質量和穩定性相對較差，盡管傳輸速率較高，但是較短的傳輸距離對于很多工作要求而言并沒有較好的適用性。因此充分考慮了系統的抗干擾性能和傳輸損耗問題，應選擇960MHz 的超高頻頻段實現工作效率和傳輸質量的最優化。

6 結束語

綜上所述，輸電線路無人機巡檢抗干擾系統的設計應總體圍繞CC2500 模塊和STM32F103C8T6 展開，做好3G 通信模塊以及服務器端與數據庫之間的連接。同時還應科學的選擇最優信道和傳輸頻率，在保障信號傳輸質量的基礎上盡可能降低損耗，實現經濟效益的最大化。