CN104881041B - 一种无人飞行器的电量预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人飞行器的电量预警方法及装置，该方法包括通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息；获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；获取无人飞行器电池状态信息，计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬或下降高度；根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；若是，则控制无人飞行器返航。本发明在保证无人飞行器安全的情况下，最大化任务飞行时间，使飞行器的利用效率最大化。

Description

一种无人飞行器的电量预警方法及装置

技术领域

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种应用于无人飞行器上电池电量提示及控制领域。

背景技术

小型电动无人飞行器比较适合在目视范围内进行航空拍摄、娱乐飞行、监视侦察等任务，具有广阔的民用和军事前景。在实际使用飞行时，由于无人飞行器电池电量一直处于持续消耗状态，而在将飞行器飞出一定距离、高度后，可能发生剩余电量不足以支持飞行器飞回返航点并降落，这就会造成安全隐患，甚至可能会造成无人飞行器空中坠落。

现有的措施为设置无人飞行器电池安全电压，在达到安全电压时报警并执行强制自动返航或强制降落。但在设置电池安全电压时，需要预估飞行器工作压降，这样的值很难准确；而且随着电池的循环充放使用，电池性能会有正常损耗，也会导致电池安全电压的变化；电池的性能随着环境温度的变化也会产生变化，所以在环境温度发生剧烈变化时，电池的安全电压会有比较大的变化；最重要的是，由于每次飞行的距离和高度不尽相同，所设置的安全电压在飞行器的某次距离较远或高度较高的飞行时，可能并不足以支持飞行器安全返航降落，就会造成安全隐患。所以，不能单纯的依靠固定设置的安全电压值来保证飞行器的安全，该安全电压值必须与电池当前性能曲线、无人飞行器相对返航点位置信息、环境温度等状态量相关变化，才能保证无人飞行器既具有足够的电能返航降落，又不剩余过多的未使用电能，最大化安全飞行时间。

专利号为CN201310611996.5，名称为《一种航天器锂离子蓄电池组荷电状态确定方法》的专利公开了一种航天器电池荷电的确定方法，其通过获取地面试验时的电压与容量关系表，以及在轨状态时确定电池的当前容量，并根据当前电池的电流与温度得到电池当前时刻的电流系统和温度系统，计算出当前电池电量，最后根据当前容量、放电电量和额定容量确定电池的荷电状态。虽然此专利公开了确定航天器电池荷电状态的方法，但仍然存在以上所述的飞行器不能安全返航降落的安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种无人飞行器的电量预警方法，用于解决现有无人飞行器可能无法安全返航降落的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无人飞行器的电量预警方法，包括以下步骤：

通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息并记录；

获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；

获取无人飞行器电池当前状态信息，结合电池性能曲线计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度；

根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；

若是，则控制无人飞行器返航。

本发明采用的另一种技术方案为：

一种无人飞行器的电量预警装置，包括返航降落点记录模块、位置信息获取模块、电池信息获取模块和判断模块；

所述返航降落点记录模块用于通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息并记录；

所述位置信息获取模块用于获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；

所述电池信息获取模块用于获取无人飞行器电池当前状态信息，结合电池性能曲线计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度；

所述判断模块用于根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；若是，则控制无人飞行器返航。

本发明的有益效果在于：区别于现有的无人飞行器通过设置固定的电池安全电压值来判断是否控制飞行器返航降落，存在着无法安全返航降落的隐患，本发明通过实时计算飞行器距返航降落点的水平距离和竖直高度差，以及当前电池电量能够飞行的水平距离和竖直方向高度，当飞行器电池电量达到安全返航的最低临界点时控制飞行器返航，从而有效保证无人飞行器能够安全返航，并且使飞行器的任务飞行时间最大化，提高飞行器的电池电量利用效率。

附图说明

图1为本发明无人飞行器的电量预警方法的流程图；

图2为本发明无人飞行器的电量预警装置的功能框图；

图3为本发明实施方式电动无人飞行器的电量智能预警方法流程图；

图4为本发明实施方式电动无人飞行器的电量智能预警装置结构示意图；

图5为发明优选实施例提供的一种在飞行操控界面无人飞行器未起飞状态下的电池电量示意图，图示中的电池电量为100％，由屏幕中央上部的蓝色环形灯显示。

标号说明：

10、返航降落点记录模块；20、位置信息获取模块；30、判断模块；

40、电池信息获取模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：实时计算无人飞行器与返航降落点的水平距离和竖直高度差，以及电池电量以预设速度飞行的最大水平距离和爬升或下载的高度差，当飞行器电池电量达到安全返航的最低临界点时控制飞行器返航，不仅保证飞行器安全返航，且提高电池利用效率。

请参照图1，一种无人飞行器的电量预警方法，包括以下步骤：

S1、通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息并记录；

S2、获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；

S3、获取无人飞行器电池当前状态信息，结合电池性能曲线计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬或下降高度；

S4、根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；

S5、若是，则控制无人飞行器返航。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本方法记录无人飞行器的返航降落点，并将无人飞行器距降落点的距离分解成水平方向的距离和竖直方向上的高度差，以及实时获取无人飞行器电池的当前状态信息，将电池状态信息换算成以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升高度或下降高度，通过实时比较无人飞行器距离降落点的水平方向距离、竖直方向高度差与电池所能够飞行的最大水平距离和最大爬升高度或下降高度来判断无人飞行器电量是否已到达安全返航的最低临界点，从而大大提高了判断的精确度，有效保证无人飞行器安全返航降落；同时，通过本方法使无人飞行器的任务飞行时间最大化，有效提高无人飞行器电池电量的利用效率。

进一步的，所述控制无人飞行器返航具体包括：无人飞行器自动飞向返航点并降落，遥控器黄灯警示闪烁，遥控器显示屏全屏半透明红色闪烁并显示飞行器实时位置。

由上述描述可知，本方法不仅能自动控制无人飞行器安全返航降落，还可以及时提醒操作者无人飞行器的位置信息，从而进一步保证了无人飞行器安全返航。

进一步的，在所述判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点时还包括：在遥控器显示屏上实时显示剩余飞行时间，或显示以当前飞行速度飞行的剩余距离，或显示以当前爬升或下降速度飞行的剩余爬升或下降高度。

由上述描述可知，本方法在强制返航时在遥控器上显示剩余飞行距离、剩余飞行时间，便于操作者根据实时情况进行相应的返航控制，以达到安全返航的目的。

进一步的，所述无人飞行器电池当前状态信息包括：无人飞行器电池的当前电压值、输出电流值、温度值，其中温度值用于计算时的温度补偿。

由上述描述可知，通过检测电池的电压值、输出电流值和温度值可以准确的计算出电池的剩余电量。

进一步的，无人飞行器存储有多条电池性能曲线，不同曲线分别对应不同电压、不同电源循环充放电使用次数情况下的电池状态；

若飞行器中未存储电池当前电压和放电使用次数对应的性能曲线，则通过与当前电压和放电使用次数相近的性能曲线推算出。

由以上描述可知，通过性能曲线可以精确的计算出电池的剩余电量，同时，通过相近的性能曲线可以大致的推算出当前电压和放电使用次数的电池性能曲线，从而减少无人飞行器电池性能曲线的存储量。

进一步的，还包括判断电池当前电压是否低于预设的安全工作阈值，若是，则控制无人飞行器返航。

由以上描述可知，本方法通过预设安全工作阈值，使无人飞行器具有双重安全保障，无论当前电池电量是达到安全返航的最低临界点，还是达到安全工作阈值，都强制执行无人飞行器返航。

进一步的，无人飞行器的高度信息通过高精度气压计及超声波获取。

本发明的另一技术方案为：

请参阅图2，一种无人飞行器的电量预警装置，包括返航降落点记录模块10、位置信息获取模块20、电池信息获取模块40和判断模块30；

所述返航降落点记录模块10用于通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息并记录；

所述位置信息获取模块20用于获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；

所述电池信息获取模块40用于获取无人飞行器电池当前状态信息，结合电池性能曲线计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度；

所述判断模块30用于根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；若是，则控制无人飞行器返航。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本装置大大提高了返航时刻的判断精确度，有效保证无人飞行器安全返航降落；同时，通过本装置使无人飞行器的任务飞行时间最大化，有效提高无人飞行器电池电量的利用效率。

进一步的，无人飞行器的电量预警装置还包括显示控制模块，用于在无人飞行器自动飞向返航点并降落时控制遥控器黄灯警示闪烁，遥控器显示屏全屏半透明红色闪烁并显示飞行器实时位置。

由以上描述可知，本电量预警装置可以及时提醒操作者无人飞行器的位置信息，从而进一步保证了无人飞行器安全返航。

进一步的，所述显示控制模块还用于在遥控器显示屏上实时显示剩余飞行时间，或显示以当前飞行速度飞行的剩余距离，或显示以当前爬升或下降速度飞行的剩余爬升或下降高度。

由上述描述可知，本装置在强制返航时在遥控器上显示剩余飞行距离、剩余飞行时间，便于操作者根据实时情况进行相应的返航控制，以达到安全返航的目的。

本发明提供的另一技术方案为：

提供一种电动无人飞行器的电量智能预警装置包括：

位置信息获取模块，通过卫星定位系统获取无人飞行器位置信息，存储飞行器返航点位置信息，实时向信息处理模块提供飞行器当前位置信息；

高度信息获取模块，通过高精度气压计及超声波获取无人飞行器高度信息，实时向信息处理模块提供飞行器当前高度信息；

电池状态信息获取模块，通过电池监测板实时监测电池电压值、输出电流值、温度值，实时向信息处理模块提供飞行器当前电池状态信息；

信息处理模块，根据收到的信息和存储的信息，进行结算、比较，将结果提供给输出执行模块；

输出执行模块，根据收到的信息处理模块的结果信息，不动作或执行强制返航任务。

优选地，所述位置信息获取模块，将获取的信息传递给信息处理模块，同时还用于将无人飞行器返航点位置、当前位置标注在地图上；

优选地，所述电池状态信息获取模块，将获取的信息传递给信息处理模块，还用于将电池电压值、电流值实时显示在屏幕上；

优选地，所述信息处理模块，将信息处理结果传递给显示执行模块，还用于将计算出的剩余电量对应的飞行距离或高度显示在屏幕端；

进一步地，所述信息处理模块，会根据需求调用不同的电池性能曲线，这些曲线分别对应不同电压、不同电池循环充放使用次数情况下的电池状态；

进一步地，所述信息处理模块，当需要调用的电池性能曲线不在存储曲线中时，该电池状态下的性能曲线通过相近状态的性能曲线进行特定函数运算获得；

优选地，所述显示执行模块，还用于显示无人飞行器或者无人飞行器电池的状态信息；

进一步地，所述显示执行模块，包括飞行控制器、遥控器、屏幕显示端；

进一步地，所述显示执行模块，在执行强制返航任务时，包括：无人飞行器自动飞向返航点并降落，遥控器黄灯警示闪烁，显示屏全屏半透明红色闪烁并显示飞行器实时位置。

请参照图3和图5，为本发明实施例提供的一种电动无人飞行器的电量智能预警方法流程图，该方法包括：

S101、通过卫星定位系统获取无人飞行器的返航点信息并存储；

在本实施例中，卫星定位系统包括布置在飞行器上的卫星定位信号接收装置，该接收装置包括但不限于GPS模块，GPS模块可以确定自己当前位置的经纬度信息，当然也可以采用北斗定位系统和GLONASS定位系统确定坐标信息。

在本实施例中，返航点信息确定后，存储在存储器中，存储器包括但不限于NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory，非易失性随机访问存储器)，当然也可以保存在缓存中。

S102、实时获取无人飞行器的当前位置信息和高度信息；

在本实施例中，位置信息的获取与S101实施例相同；高度信息的获取来源于高精度气压计和超声波传感器的组合值；

S103、计算无人飞行器此时刻距返航点的水平距离和垂直高度差；

在本实施例中，计算得出直线距离和垂直高度差均可在遥控器屏幕显示端实时显示，当然用户可以选择隐藏本部分数据，以使飞行操控界面更加简洁；

S104、由电池检测板实时获取电池的电压值、输出电流值、温度值；

S105、调用电池的性能曲线以获得电池的性能参数；

作为本实施例的一个优选方案，需要充分考虑电池使用损耗对性能的影响，在多次充放后，电池的性能一定是有所下降的，此时需要在存储模块中存储多条电池性能曲线，这些曲线分别对应不同电压、不同电池循环充放使用次数情况下的电池状态，其余电池状态下的性能曲线通过相近状态的性能曲线进行特定函数运算获得；

作为本实施例的一个优选方案，需要记录电池的循环使用次数，该循环使用次数记录于存储器中，电池每满充满放电一次，该使用次数加1；

S106、计算无人飞行器电池的剩余电量，并将此剩余电量转化为对应的飞行时间，或者对应的特定飞行速度下的飞行距离，或者对应的特定爬升(下降)速度下的爬升(下降)高度。

作为本实施例的一个优选方案，在计算电池电量时，要结合此时的电池性能曲线，对计算结果进行温度补偿，尤其是在低温环境下，电池性能受环境温度影响尤其明显，此时对计算结果进行温度补偿就显得尤为重要。

S107、将剩余电量所对应的飞行距离和爬升(下降)高度与距返航点的距离、高度值进行比较，判断是否达到安全返航临界值，如果是，则执行S108，否则返回执行S103和S106。

在本实施例中，安全返航临界值的含义是：若无人飞行器在电池达到安全返航临界值时立即执行返航任务，电池电量恰好能够支持飞行器执行返航并降落，降落后，电池电压应为电池最低安全使用电压；

在本实施例中，若无人飞行器在电池达到安全返航临界值时立即执行返航任务，则不但可以保证飞行器安全返航降落，还可以保证电池电能已经被最大化的利用，也就是最大化了安全飞行时间。

作为本实施例的一个优选方案，在判断是否达到临界值时，考虑风向和风力强度；风向和风力强度的判断由飞行器悬停时的倾斜方向、倾斜角度、油门值来综合判断；当风向和返航方向相反或所成的夹角大于90°时，增大所述临界值，当风向和返航方向相同或所成的夹角小于90°时，小于所述临界值，其中，临界值增大或减小具体由风力强度而定。

作为本实施例的一个优选方案，用户可以设定电池安全工作阈值，系统会在原有判断逻辑的基础上，自动根据此阈值判断何时执行强制返航；执行本实施例时，无人飞行器在返航降落后，电池状态为用户设定阈值，以满足用户的特殊使用需求；值得注意的是，为了保证飞行安全，用户设定的安全工作阈值不得低于由当前电池状态计算出的电池最低安全工作电压，若违背则按照电池最低安全工作电压执行。

图4为本发明实施例提供的一种电动无人飞行器的电量智能预警装置结构示意图，该装置包括：

位置信息获取模块S301，通过卫星定位系统获取无人飞行器位置信息，存储飞行器返航点位置信息，实时向信息处理模块提供飞行器当前位置信息；

在本实施例中，无人飞行器的位置信息为飞行器位置的经纬度信息，该信息由飞行器上布置的定位卫星信号接收器获得；

高度信息获取模块S302，通过高精度气压计获取无人飞行器高度信息，实时向信息处理模块提供飞行器当前高度信息；

作为本实施例的一个优选方案，在高精度气压计采集高度信息时，同时使用超声波采集高度信息，将两个模块得出的高度信息按照特定的函数关系进行融合，得到更精确的高度信息；

电池状态信息获取模块S303，通过电池监测板实时监测电池电压值、输出电流值、温度值，实时向信息处理模块提供飞行器当前电池状态信息；

信息处理模块S304，根据收到的信息和存储的信息，进行结算、比较，将结果提供给输出执行模块；

输出执行模块S305，根据收到的信息处理模块的结果信息，不动作或执行强制返航任务；

在本实施例中，显示执行模块，包括飞行控制器、遥控器、屏幕显示端；在执行强制返航任务时，包括：无人飞行器自动飞向返航点并降落，遥控器黄灯警示闪烁，显示屏全屏半透明红色闪烁并显示飞行器实时位置。

在本实施例中，显示执行模块，可以将无人飞行器返航点位置、当前位置标注在地图上，将电池电压值、电流值实时显示在屏幕上，将计算出的剩余电量对应的飞行距离或高度显示在屏幕端，将无人飞行器电池的状态信息实时显示在屏幕端；

作为本实施例的一个优选方案，显示执行模块的显示功能均显示在本无人飞行器专用的移动端APP上，该APP中的所有显示模块经过专门优化，具有更直观、简介的显示效果；

采用本发明实施例的装置和方法，在无人飞行器的飞行过程中，实时判断最佳的返航时间点并自动执行强制返航任务，在保证无人飞行器安全的情况下，最大化任务飞行时间，使飞行器的利用效率最大化；

综上所述，本发明提供的无人飞行器的电量预警方法及装置不仅可以实时检测电池电量和计算飞行器距返航降落点的距离，控制飞行器安全返航降落，而且能使飞行器的任务飞行时间最大化，提高电池电量的利用率，并且，本发明充分考虑到温度、放电次数等因素对电池电量的影响，电池电量实时检测精确度高，以及，本发明充分考虑到风向和风力强度对返航的影响，使安全返航的最低临界点判断更加合理、精确。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息并记录；

获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；

获取无人飞行器电池当前状态信息，结合电池性能曲线计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度；

根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；

若是，则控制无人飞行器返航。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，所述控制无人飞行器返航具体包括：无人飞行器自动飞向返航点并降落，遥控器黄灯警示闪烁，遥控器显示屏全屏半透明红色闪烁并显示无人飞行器实时位置。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，在所述判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点时还包括：在遥控器显示屏上实时显示剩余飞行时间，或显示以当前飞行速度飞行的剩余距离。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，所述无人飞行器电池当前状态信息包括：无人飞行器电池的当前电压值、输出电流值、温度值，其中温度值用于计算时的温度补偿。

5.根据权利要求1至4任一所述的无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，无人飞行器存储有多条电池性能曲线，不同电池性能曲线分别对应不同电压、不同电源循环充放电使用次数情况下的电池状态；

若无人飞行器中未存储电池当前电压和放电使用次数对应的电池性能曲线，则通过与当前电压和放电使用次数相近的电池性能曲线推算出当前电压和放电使用次数对应的电池性能曲线。

6.根据权利要求5所述的无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，还包括判断电池当前电压是否低于预设的安全工作阈值，若是，则控制无人飞行器 返航。

7.根据权利要求6所述的无人飞行器的电量预警方法，其特征在于，无人飞行器的高度信息通过高精度气压计及超声波获取。

8.一种无人飞行器的电量预警装置，其特征在于，包括返航降落点记录模块、位置信息获取模块、电池信息获取模块和判断模块；

所述返航降落点记录模块用于通过卫星定位装置获取无人飞行器的返航降落点信息并记录；

所述位置信息获取模块用于获取无人飞行器当前位置信息，计算出无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离和垂直高度差；

所述电池信息获取模块用于获取无人飞行器电池当前状态信息，结合电池性能曲线计算出无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度；

所述判断模块用于根据所述无人飞行器当前位置距返航降落点的水平距离、垂直高度差以及无人飞行器剩余电量以预设速度飞行的最大水平距离和最大爬升或下降高度，判断无人飞行器电量是否达到安全返航的最低临界点；若是，则控制无人飞行器返航。

9.根据权利要求8所述的无人飞行器的电量预警装置，其特征在于，还包括显示控制模块，用于在无人飞行器自动飞向返航点并降落时控制遥控器黄灯警示闪烁，遥控器显示屏全屏半透明红色闪烁并显示无人飞行器实时位置。

10.根据权利要求9所述的无人飞行器的电量预警装置，其特征在于，所述显示控制模块还用于在遥控器显示屏上实时显示剩余飞行时间，或显示以当前飞行速度飞行的剩余距离。