CN101898627B - 一种海岛(礁)测绘无人机智能感应气压漂浮系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海岛(礁)测绘无人机智能感应气压漂浮系统，涉及到无人机故障感应和浮漂自动控制技术。包括气瓶、气囊、中控系统、智能感应器、继电气压阀和电源。其特征是：通过智能感应器感应到海岛(礁)测绘无人机平台非控制性下降，把信息传给中控系统，中控系统处理信息、判断并发出启动指令，继电气压阀自动开启气瓶阀门对气囊进行充气，膨胀的气囊使无人机飘浮在水面。本发明首次将飘浮系统应用在无人机上，保证在不易、不宜到达海岛(礁)测绘中，无人机发生故障坠落时能飘浮在海面，避免因海水腐蚀而使测绘仪器损坏，并且通过GPS模块使搜救人员准确锁定失事无人机的位置范围，系统自动化程度高、结构简单、经济实用。

Description

一种海岛(礁)测绘无人机智能感应气压漂浮系统
技术领域
本发明属于海岛(礁)测绘领域，涉及无人机智能感应和浮漂自动控制技术。
背景技术
由于无人机较一般的航天飞机成本低廉，所以故障时有发生，而且现有的无人机一般没有漂浮系统，海岛(礁)测绘用无人机主要在海域上空作业，当发生故障坠落时会沉入海中，使测绘仪器受海水腐蚀而遭破坏，并且不能及时确定无人机搜救范围。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种经济的海岛(礁)测绘无人机智能感应气压漂浮系统，使无人机发生故障坠落海中时能够漂浮在水面，为无人机应用于海岛(礁)测绘提供保障系统。
一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，包括气瓶100、气囊200、中控系统300、智能感应器400、继电气压阀500和电源600，气瓶100固定于机腹，气囊200呈环形固接在无人机机身、并通过软连接和气瓶100相连，中控系统300、加速度传感器410、高度感应计420、继电气压阀500和电源600安装在无人机仪器舱中，水敏感应计430固定在机首处的气囊下部。
本项发明通过三级智能感应器400以确保准确感应到海岛(礁)测绘无人机平台非控制性下降或到达水面，通过中控系统300进行感应信号处理和阈值判断，并启动继电气压阀500对气囊200进行充气，使无人机坠落后能飘浮在水面。本项发明还可以通过高度感应计(GPS模块)420确定无人机位置，以锁定搜救范围。本项发明采用独立的电源系统600，以确保无人机动力系统或电路系统发生故障时，漂浮系统仍能工作。
本项发明的特点在于将漂浮系统应用在无人机上，设计新颖、自动化程度高、结构简单、经济实用。
附图说明
图1是系统结构示意图。
图2是系统硬件连接图。
图3是系统工作流程图。
图中：100-气瓶，200-气囊，210-气囊保护网罩，300-中控系统(单片机)，400-智能感应器，410-加速度传感器，420-高度感应计(GPS模块)，430-水敏感应计，500-继电气压阀，510-气压阀驱动电路，520-气压阀门，600-电源。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进行详述。
如图1和图2所示，本系统包括气瓶100、气囊200、中控系统300、智能感应器400、继电气压阀500和电源600。气瓶100固定于无人机机腹，气囊200呈环形固接在机身、并通过软连接和气瓶100相连，中控系统300、加速度传感器410和高度感应计420、继电气压阀500和电源600安装在无人机仪器舱中，水敏感应计430固定在机首处的气囊下部。在实施中采用AVR单片机(ATmega256)作为中控系统300，其工作电压范围为2.7～6.0V。中控系统300的功能是采样加速度传感器410输出的信号，解算GPS模块接收的高度和位置信息，把加速度值或高度值与设定阀值进行比较并判断，发出继电气压阀500的开启驱动信号。智能感应器400实现三级感应机制，包括三种感应计：加速度传感器410、高度感应计420和水敏感应计430，加速度传感器410可以通过检测无人机振动捕获无人机故障，通过测量加速度值检测出无人机的非控制性下降，可以在故障发生时及时感应到故障，作为一级感应器；高度感应计420可以获取无人机的高度数据，并与高度阈值比较以确定是否启动继电气压阀500为气囊200充气，作为加速度传感器410失效时的二级感应器；当无人机在空中没有启动气囊200，水敏感应计430作为第三级感应计，可以在无人机坠入水中时及时感应到，并通过中控系统300弹出气囊200。实施中采用GPS模块作为高度感应计420，GPS模块接收到卫星定位信息，通过中控系统300可以解算出无人机高度信息；当无人机落入水中后，通过GPS模块和中控系统300还可以确定无人机的平面位置信息，为无人机的搜救锁定范围。继电气压阀500包括：气压阀驱动电路510和气压阀门520，气压阀驱动电路510的功能是接受由中控系统300输出的继电气压阀500的开启驱动信号，控制气压阀门520的开启。在气囊200外安有保护网罩210，以保护气囊不被尖锐物刺破，气囊200表面涂有发光材料以利于搜救工作。
如图3所示，本系统的具体实现过程如下：
1、通过加速度传感器410获取无人机非控制性下降信息。无人机执行海岛(礁)测绘飞行任务时，加速度感应计410持续采集无人机加速度信息，此信息通过串口传输到中控系统300，中控系统300按照一定时间间隔采样并处理加速度数据，得到无人机Ti时刻的加速度值，对加速度值进行积分获得速度数据。通常无人机非控制性下降时其加速度应在重力加速度g的某个范围内，经实验测试得到无人机非控制性下降的加速度的阈值范围。把中控系统采样并处理得到的Ti时刻无人机的加速度值与此加速度阈值进行比较，如果在阈值范围内则可判断出无人机处于非控制性下降状态。Ti时刻的速度值可以作为判断的辅助数据。加速度传感器410还可以检测到无人机的振动，通过中控系统的处理获取无人机故障信息，无人机故障达到一定程度便开始坠落，所以通过加速度传感器检测无人机的振动可以辅助加速度测量检测无人机非控制性下降信息。
2、通过GPS模块420获取无人机位置信息。GPS模块420接收卫星定位信息，通过串口传给中控系统300，中控系统300解算无人机Ti时刻的高度信息和平面位置信息，解算出的高度信息和事先确定的高度阈值(60m)进行比较，当小于高度阈值时即可发出开启继电气压阀500的指令。平面位置信息通过无线通讯系统(GPRS)传给无人机控制终端，当无人机落水时可以用来锁定其搜救范围。
3、中控系统300控制启动继电气压阀500。中控系统根据加速度传感器410判断出无人机非控制性下降，或当无人机的高度小于高度阈值时，发出开启继电气压阀500的指令，气压阀驱动电路510接收到指令后自动开启气压阀门520，高压气瓶100开始对气囊200进行充气。膨胀的气囊200一方面减缓无人机坠落的速度，另一方面，当无人机落入水中时，可以使无人机漂浮在水面。
4、系统的水敏感应计430作为三级备用感应计保证气囊及时弹出。当非正常原因智能感应器400的前两级感应计——加速度传感器410和高度感应计420没有使下降的无人机在空中弹出气囊200，则当无人机落入水中，水敏感应计430遇水后即刻向中控系统300传输信号，中控系统300接收到信号后启动电磁气压阀500弹出气囊200，使无人机漂浮在水面、不致沉入水底。
5、系统采用独立电源600。本系统采用与无人机电路系统分开的独立电源600，这样当无人机的动力系统或电路系统失效时，确保智能漂浮系统仍能工作。电源600采用锂离子电池为中控系统300、加速度传感器410、GPS模块420和继电气压阀500提供5V直流电源。
本发明首次将飘浮系统应用在无人机上，保证在不易、不宜到达海岛(礁)测绘中，无人机发生故障坠落时能飘浮在海面，避免因海水腐蚀而使昂贵的测绘仪器损坏，并且通过GPS模块使搜救人员准确锁定失事无人机的位置范围，系统自动化程度高、结构简单、经济实用。

Claims (6)

1.一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，包括气瓶(100)、气囊(200)、中控系统(300)、智能感应器(400)、继电气压阀(500)和电源(600)，气瓶(100)固定于机腹、气囊(200)呈环形固接在无人机机身、并通过软连接和气瓶(100)相连，中控系统(300)、继电气压阀(500)和电源(600)安装在无人机仪器舱中，其特征在于：智能感应器(400)是由加速度传感器(410)、高度感应计(420)和水敏感应计(430)构成的三级感应器，水敏感应计(430)固定在机首处气囊的下部，通过智能感应器感应到海岛(礁)测绘无入机平台非控制性下降，把信息传给中控系统，中控系统处理信息、判断并发出开启指令，继电气压阀自动启动气瓶阀门对环形气囊进行充气，使无人机整体飘浮在水面。
2.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，其特征在于三级智能感应器(400)中：加速度传感器(410)获取无人机动力故障的非控制性下降信息，可以在故障发生时及时感应到故障；高度感应计(420)可以获取无人机的高度信息，并与高度阈值比较以判断是否启动继电气压阀(500)为气囊充气，作为二级感应器；水敏感应计(430)作为第三级感应计，当无人机在空中没有启动气囊(200)，即使无人机坠入水中时，水敏感应计(430)可以感应到，并通过中控系统(300)发出指令弹出气囊(200)。
3.根据权利要求2所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，其特征在于，智能感应器中的高度感应计(420)的功能由GPS模块实现，GPS模块接收到卫星信息，通过中控系统(300)可以解算出无人机的高度值和位置信息；当无人机落入水中后，通过GPS模块(420)和中控系统(300)还可以确定无人机的位置信息，为无人机的搜救锁定范围。
4.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，其特征在于中控系统(300)是由一单片机系统组成，其功能是采样加速度传感器(410)输出信号，解算高度感应计(420)接收的高度信息，把加速度值或高度值与设定阀值进行比较并判断，输出继电气压阀(500)的开关驱动信号。
5.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，其特征在于电源(600)与无人机的电路系统分开采用独立电源，采用锂离子电池作为电源，这样当无人机的动力系统或电路系统失效时，确保智能漂浮系统仍能工作。
6.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，其特征在于：在气囊(200)外装有保护网罩(210)以保护气囊(200)不被尖锐物刺破；气囊(200)表面涂有发光材料以利于搜救工作。
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