CN102999049B - 一种无线遥控架空线路巡检飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线遥控架空线路巡检飞行器，涉及电力架空线路维修设备。技术领域它包括主要由无线遥控电路及飞行控制电路、支架、旋翼组成的旋翼飞行器，旋翼飞行器上面安装有无线传输拍摄装置。它具有控制简单，便于操作，体积较小，灵活性强等特点，使用它进行架空线路巡检，可使工作人员从繁重而危险的工作环境当中解放出来，而且可以极大地提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力架空线路维修设备技术领域。
背景技术
为预防线路跳闸，近年来电力行业加大了巡线的工作力度。但在巡线工作中，经常有巡线人在地面看不到瓷瓶顶部，而爬上杆检查又对检修人员的安全造成威胁等情况，况且雨后农田泥泞不容易到达杆位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无线遥控架空线路巡检飞行器，它具有控制简单、便于操作、灵活性强、准确性高等特点，使用它进行架空线路巡检，可使工作人员从繁重而危险的工作环境当中解放出来，而且可以极大地提高工作效率。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：它包括主要由无线遥控电路及飞行控制电路、支架、旋翼组成的旋翼飞行器，旋翼飞行器上面安装有无线传输拍摄装置。
本发明进一步改进在于：无线遥控电路及飞行控制电路包括遥控器信号采集模块、输出控制模块、GPS导航模块、超声波测距模块、增稳模块、数据存储模块及CPU处理器；旋翼飞行器为四旋翼飞行器；无线传输拍摄装置为无线传输摄像机，位于四旋翼飞行器上部重心位置；巡线飞行器的无线遥控电路及飞行控制电路外部设有金属电磁屏蔽层；该巡检飞行器的飞行高度为在架空线路的上方，距架空线路4～6m；无线传输摄像机为凡安27倍变焦一体机；高清480线。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：目前没有将四旋翼飞行器应用于电力巡线方面的实例；巡线机带有gps功能和数据储存模块，gps可以使巡线机在空中定点拍摄；数据存储模块可以记录飞行路线，在巡线机与地面遥控器失去联系时，可立刻自动按原路线飞回起点；巡线机搭载20倍变焦摄像头和一个超声波测距模块，地面可以通过遥控器控制摄像头变焦倍数，通过信号传输实时的显示在地面的接收监控显示器中，既可以传送视频又可以发送高清晰的相片，可以使巡线器在离线路5米左右就可以清晰地看清线路情况，使巡线员对线路的情况一目了然，从而使巡线机与线路保持安全距离，超声波测距模块则可以实时监控巡线机与线路距离，且巡线飞行器的无线遥控电路及飞行控制电路外部设有金属电磁屏蔽层，避免因距离过近，线路产生磁场对巡线机造成影响，因此，使用它进行架空线路巡检，安全可靠，准确性高，可使工作人员从繁重而危险的工作环境当中解放出来，而且可以极大地提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明控制电路模块框图。
在附图中：1、支架；2、旋翼；3、无线传输拍摄装置。
具体实施方式
由图1-2所示的实施例可知，它包括主要由无线遥控电路及飞行控制电路、支架1、旋翼2组成的旋翼飞行器，旋翼飞行器上面安装有无线传输拍摄装置3；无线遥控电路及飞行控制电路包括遥控器信号采集模块、输出控制模块、GPS导航模块、超声波测距模块、增稳模块、数据存储模块及CPU处理器；旋翼飞行器为四旋翼飞行器；无线传输拍摄装置3为无线传输摄像机，位于四旋翼飞行器上部重心位置；巡线飞行器的无线遥控电路及飞行控制电路外部设有金属电磁屏蔽层；该巡检飞行器的飞行高度为在架空线路的上方，距架空线路4～6m；无线传输摄像机为凡安27倍变焦一体机；高清480线。
下面介绍各个模块的具体功能。
1、遥控器信号采集模块，在巡线机上固定一个遥控器的接收机，用于接收遥控器的控制信号并将其转换成PWM波。本发明选用的DSP具有专门的eCAP捕获模块，把接收机的信号直接引出和eCAP模块相应的引脚相连接，并配置DSP的eCAP模块为先采集脉冲的上升沿再采集脉冲的下降沿，在下降沿发生之后，利用计数器的值就可以得到接收机的PWM的周期，然后处理器就可以根据周期的大小知道地面控制人员的控制目的，决定巡线机手动飞行控制信号。
2、输出控制模块，巡线机的由各个舵机的转动带动相应的舵的转动，从而改变飞机的飞行状态，而舵机的转动是由PWM波形控制的。本发明选用的DSP有6个ePWM模块，最多可以输出12路独立的PWM信号，足以满足控制的需求。具体设置就是首先把相应的引脚定义成PWM的功能引脚，然后根据控制的要求设置本模块的寄存器，其中重要的有控制动作的寄存器的设置、周期寄存器和比较寄存器的设置，比较寄存器的值是通过一系列计算得到。由于DSP接口的驱动能力有限，本发明使用一块功率放大芯片提高DSP的驱动能力，把输出的控制信号控制螺旋桨的转速和云台的偏转。本发明选用的驱动芯片做多可以驱动16路信号，因此，在把本模块产生的12路PWM信号输出的基础上又额外增加4路普通I/O，以备功能扩展。
3、GPS导航模块，GPS和处理器是通过串口SCI进行通信，由于单片机的串口通信的电平和DSP的串行接口相匹配，因此可以直接相连，而不必经过串口的电平转换。本发明中单片机和GPS的数据传输格式，我们选用UBX协议。其通信的大概流程如下：首先设置单片机的相应的引脚为串口SCI功能，然后根据选择的通信协议设置好处理器里面的相应的寄存器，其中根据GPS默认的波特率设置好处理器的串口的波特率，然后把需要初始化的命令发送到GPS中，我们可以根据这些命令修改GPS的波特率、设定GPS的工作模式和需要输出的数据内容。如需修改GPS的波特率，则在修改完成后，还要进一步的要修改处理器的串口的波特率，使之于新设定的GPS的波特率相等。例如要接收接收GPS四个包的数据，每次先一次性接收完这四个包，然后根据包头得出具体是哪个包的数据，然后再把包里面的数据提取出来。
4、超声波测距模块，本模块采用的超声波测量模块具有两中输出，一个是输出PWM，另一个是输出就是通过SCI输出。本设计就直接采用PWM模式，其数据的采集原理和遥控器信号的一样，然后根据采集到的数据就可以得到巡线机与线路的距离。
5、增稳模块，本模块通过陀螺仪增加巡线机的稳定性，特别是在有风巡线时，通过增稳模块可以有效地增加巡线机的飞行稳定性和安全性。
6、数据存储模块，主要是在飞行过程中把飞行器飞行过的航点信息记录在存储器中，然后在有与外部干扰使飞行器与操作人员失去联系的时候，经过一段时间飞行器会调用已经存储的航点信息，并利用这些信息进行返航。
7，摄像头模块，摄像机的调焦：本设备选用的摄像机的焦距可以通过焦距旋钮来调节，焦距旋钮上的T及W，分别代表着被拍摄物的深度及范围。将旋钮推至T方，则焦距会变短，可以拉近并放大远方的景物。如将旋钮推至W方，则焦距会变长，拍摄的范围亦会扩大。为了能更全面清楚的了解线路的情况，在每个拍摄点应该拍摄多组照片，既要以同的角度拍摄，这可以通过控制云台来调整；又要在一个角度上以不同的焦距多拍几张照片，这就需要能自动调整摄像机的焦距。本发明选用的摄像机通过旋钮来进行调焦，由DSP产生的PWM波形控制舵机的旋转，然后由舵机的转动带动摄像机旋钮的转动，这样就能在不同的焦距下拍照了。
它带有GPS功能，为了保证飞行的安全性、稳定性增加了超声波测距模块和增稳模块，并且在遥控器与飞行器失去联系时，飞行器可以自动按原飞行轨迹返航。它附带的是20倍变焦摄像头可以在离线路5米的地方进行拍摄，避免了飞行器撞击线路的危险的发生。
本发明可避免巡线机与线路距离过近，误操作对线路造成损伤，还可以避免遇到强烈电磁干扰使巡线机失去遥控器控制时，巡线机对线路造成损伤。
Claims (5)
1.一种无线遥控架空线路巡检飞行器，其特征在于：它包括主要由无线遥控电路及飞行控制电路、支架（1）、旋翼（2）组成的旋翼飞行器，所述旋翼飞行器上面安装有无线传输拍摄装置（3），所述无线传输拍摄装置（3）为无线传输摄像机，位于旋翼飞行器上部重心位置，所述无线遥控电路及飞行控制电路包括遥控器信号采集模块、输出控制模块、GPS导航模块、超声波测距模块、增稳模块、数据存储模块及CPU处理器；
遥控器信号采集模块，在巡线机上固定一个遥控器的接收机，用于接收遥控器的控制信号并将其转换成PWM波，选用的DSP具有专门的eCAP捕获模块，把接收机的信号直接引出和eCAP模块相应的引脚相连接，并配置DSP的eCAP模块为先采集脉冲的上升沿再采集脉冲的下降沿，在下降沿发生之后，利用计数器的值就可以得到接收机的PWM的周期，然后处理器就可以根据周期的大小知道地面控制人员的控制目的，决定巡线机手动飞行控制信号；
输出控制模块，巡线机的由各个舵机的转动带动相应的舵的转动，从而改变飞机的飞行状态，而舵机的转动是由PWM波形控制的，选用的DSP有6个ePWM模块，最多可以输出12路独立的PWM信号，具体设置就是首先把相应的引脚定义成PWM的功能引脚，然后根据控制的要求设置本模块的寄存器，使用一块功率放大芯片提高DSP的驱动能力，把输出的控制信号控制螺旋桨的转速和云台的偏转，选用的驱动芯片最多可以驱动16路信号，在把本模块产生的12路PWM信号输出的基础上又额外增加4路普通I/O，以备功能扩展；
GPS导航模块，GPS和处理器是通过串口SCI进行通信，单片机和GPS的数据传输格式，选用UBX协议，其通信的流程如下：首先设置单片机的相应的引脚为串口SCI功能，然后根据选择的通信协议设置好处理器里面的相应的寄存器，根据GPS默认的波特率设置好处理器的串口的波特率，然后把需要初始化的命令发送到GPS中，根据上述命令修改GPS的波特率、设定GPS的工作模式和需要输出的数据内容；
超声波测距模块，采用PWM模式，根据采集到的数据就可以得到巡线机与线路的距离；
增稳模块，通过陀螺仪增加巡线机的稳定性；
数据存储模块，主要是在飞行过程中把飞行器飞行过的航点信息记录在存储器中，然后在有与外部干扰使飞行器与操作人员失去联系的时候，经过一段时间飞行器会调用已经存储的航点信息，并利用这些信息进行返航；
摄像头模块，选用的摄像机通过旋钮来进行调焦，由DSP产生的PWM波形控制舵机的旋转，然后由舵机的转动带动摄像机旋钮的转动，这样就能在不同的焦距下拍照了。
2.根据权利要求1所述的一种无线遥控架空线路巡检飞行器，其特征在于所述旋翼飞行器为四旋翼飞行器。
3.根据权利要求1所述的一种无线遥控架空线路巡检飞行器，其特征在于所述无线传输摄像机为凡安27倍变焦一体机；高清480线。
4.根据权利要求1所述的一种无线遥控架空线路巡检飞行器，其特征在于所述巡检飞行器的无线遥控电路及飞行控制电路外部设有金属电磁屏蔽层。
5.根据权利要求1所述的一种无线遥控架空线路巡检飞行器，其特征在于该巡检飞行器的飞行高度为在架空线路的上方，距架空线路4～6m。
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