CN105118269A - 一种地形智能识别无人机的数据采集系统及方法 - Google Patents

一种地形智能识别无人机的数据采集系统及方法 Download PDF

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黄志宏
何斌斌
兰玉彬
罗锡文
周志艳
李继宇
曾鸣
余国雄
巫莉莉
张晓鹏
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Abstract

本发明公开了一种地形智能识别无人机的数据采集系统及方法，包括目标坡度采集模块、核心处理模块、天线转动模块、网络连接模块和云端服务器模块；所述目标坡度采集模块与核心处理模块通过IO口连接；所述核心处理模块与天线转动模块通过IO口连接，所述核心处理模块与网络连接模块通过串口连接，所述网络连接模块与云端服务器模块通过无线通信方式连接；本发明通过GPRS、WIFI、WLAN和互联网进行数据的传输，保证了传输的可靠性、实时性以及广域性，实现了对天线角度的实时调整。同时，本发明中通过超声波模块HC-SR04的准确测距和云端服务器的实时精密计算，使得天线转动模块得到比较准确的转动角度。

Description

一种地形智能识别无人机的数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及基于智能控制的技术领域，特别涉及一种地形智能识别无人机的数据采集系统及方法。
背景技术
随着精细农业的发展，在农田信息监控中采用无线传感网已经成为现实。而在传统的WSN(WirelessSensorNetwork)中引进UAV(UnmannedAerialVehicle)更是给静态WSN系统带了移动性和灵活性。但在大范围的农田信息监测中无线传感器节点往往被随机部署在不同的地理环境中，在使用无人机进行数据采集的过程中天线信号覆盖范围及链路通信质量会受到山体等障碍物的影响，采用全向天线更会因为发射方向过于分散而导致天线与目标间的发射功率不足，最终降低信号覆盖范围和链路通信质量。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种地形智能识别无人机的数据采集系统及方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种地形智能识别无人机的数据采集系统，包括目标坡度采集模块、核心处理模块、天线转动模块、网络连接模块和云端服务器模块；所述目标坡度采集模块与核心处理模块通过IO口连接；所述核心处理模块与天线转动模块通过IO口连接，所述核心处理模块与网络连接模块通过串口连接，所述网络连接模块与云端服务器模块通过无线通信方式连接；
所述目标坡度采集模块，通过IO口与核心处理模块连接，核心处理模块将高电平信号发送到目标坡度采集模块，目标坡度采集模块自动发送一组方波，并自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则将一高电平通过IO口输出到核心处理模块，核心处理模块采用内部的定时器计算出此高电平持续的时间，该时间就是超声波从发射到返回的时间，并计算目标到测距设备的距离；
所述核心处理模块，用于将计算所得的目标到测距设备的距离数据，利用网络连接模块与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上，并且通过网络连接模块接收来自云端服务器的运算结果，控制天线转动模块转动相应的角度；
所述天线转动模块，用于接收来自核心处理模块的输入信号脉冲宽度值，根据该数据通过舵机及振子带动天线转动相应的角度；
所述网络连接模块，用于将来自核心处理模块的数据发送到云端服务器模块，并且接收来自云端服务器模块的数据，发送到核心处理模块；
所述云端服务器模块，用于实时地对来自核心处理模块的数据进行分析，计算出山体坡度及天线要转动的角度，并将角度值转换成天线转动模块的输入信号脉冲宽度值，存储到数据库里，并且通过网络发送到核心处理模块。
优选的，所述目标坡度采集模块包括两个超声波模块HC-SR04和电源模块：所述超声波模块HC-SR04通过电路与电源模块相连作为核心处理器，所述电源模块通过电路给超声波模块HC-SR04供电。
优选的，所述核心处理模块包括核心处理器STM32F103C8T6、频率及PWM信号输出均可调模块SG3525和电源模块：所述核心处理器STM32F103C8T6通过电路与频率及PWM信号输出均可调模块SG3525相连，所述电源模块通过电路给各模块供电。
优选的，所述天线转动模块包括舵机SG909G、射频模块AS01-ML01DP5、高增益2.4G双振子天线和电源模块：所述舵机SG909G通过电路与高增益2.4G双振子天线相连,所述射频模块AS01-ML01DP5相连通过SMA接口与天线相连，所述电源模块通过电路给各模块供电。
优选的，所述网络连接模块包括GRRS无线模块WG-8010和电源模块，GRRS无线模块通过串口与核心处理模块通信，电源模块通过电路给GRRS无线模块WG-8010供电。
优选的，所述云端服务器模块采用VisualC#语言编写，通过互联网与网络连接模块通信。
优选的，所述无线通信方式包括WIFI、WLAN、GPRS的无线通信方式。
本发明还提供一种地形智能识别无人机的数据采集方法，包括下述步骤：
S1、目标坡度采集模块通过IO口与核心处理模块连接，核心处理模块将高电平信号发送到目标坡度采集模块，目标坡度采集模块自动发送一组方波，并自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则将一高电平通过IO口输出到核心处理模块，核心处理模块采用内部的定时器计算出此高电平持续的时间，该时间就是超声波从发射到返回的时间，并计算目标到测距设备的距离；
S2、核心处理模块将计算所得的目标到测距设备的距离数据，利用网络连接模块与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上；
S3、云端服务器根据接收到的测距值和测距方向与水平面的夹角信息，计算出地形坡度及天线要转动的角度，并将角度值转换成天线转动模块的输入信号脉冲宽度值，存储到数据库里，并且通过网络发送到核心处理模块；
S4、核心处理模块将天线要转动的角度对应的输入信号脉冲宽度值发送给天线转动模块，天线转动模块根据该数据通过舵机及振子带动天线转动相应的角度。
优选的，步骤S3中，首先云端服务器通过网络接收核心处理模块发送过来的测距值，接着云端服务器将测距值和预先设定的测距方向与水平面的夹角信息作为变量参数输入采用VisualC#语言编写的地形坡度计算及坡度与输入信号脉冲宽度值的转换程序中，最后云端服务器将程序计算出的地形坡度和输入信号脉冲宽度值存储到数据库里，并通过网络将输入信号脉冲宽度值发送给核心处理模块。
优选的，步骤S4中，首先核心处理模块通过网络接收云端服务器计算所得的地形坡度对应的信号脉冲宽度值，接着核心处理模块将信号脉冲宽度值发送给天线转动模块，最后天线转动模块中的舵机根据输入信号脉冲宽度值通过振子带动天线转动相应的角度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过GPRS、WIFI、WLAN和互联网进行数据的传输，保证了传输的可靠性、实时性以及广域性，实现了对天线角度的实时调整。
2、本发明中通过超声波模块HC-SR04的准确测距和云端服务器的实时精密计算，使得天线转动模块得到比较准确的转动角度。
3、本发明中通过舵机SG909G能实现180度的旋转，可以使天线准确的转动相应的角度，避免了人为判断造成的不准确。
附图说明
图1是本发明数据采集系统的结构图；
图2是本发明数据采集方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种地形智能识别无人机的数据采集系统，包括目标坡度采集模块，核心处理模块，天线转动模块，网络连接模块和云端服务器模块；所述目标坡度采集模块与核心处理模块通过IO口连接；所述核心处理模块与天线转动模块通过IO口连接，所述核心处理模块与网络连接模块通过串口连接，所述网络连接模块与云端服务器模块通过WIFI、WLAN、GPRS等连接。
所述目标坡度采集模块通过IO口与核心处理模块连接，核心处理模块将高电平信号发送到目标坡度采集模块，目标坡度采集模块自动发送一组方波，并自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则将一高电平通过IO口输出到核心处理模块，核心处理模块采用内部的定时器计算出此高电平持续的时间，该时间就是超声波从发射到返回的时间，并计算目标到测距设备的距离；
所述核心处理模块，用于将计算所得的目标到测距设备的距离数据，利用网络连接模块与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上，并且通过网络连接模块接受来自云端服务器的运算结果，控制天线转动模块转动相应的角度；
所述天线转动模块，用于接收来自核心处理模块的输入信号脉冲宽度值，根据该数据通过舵机及振子带动天线转动相应的角度；
所述网络连接模块，用于将来自核心处理模块的数据发送到云端服务器模块，并且接收来自云端服务器模块的数据，发送到核心处理模块；
所述云端服务器模块，用于实时地对来自核心处理模块的数据进行分析，计算出山体坡度及天线要转动的角度，并将角度值转换成天线转动模块的输入信号脉冲宽度值，存储到数据库里，并且通过网络发送到核心处理模块。
本实施例中，目标坡度采集模块包括两个超声波模块HC-SR04和电源模块：所述超声波模块HC-SR04通过电路与电源模块相连作为核心处理器，所述电源模块通过电路给超声波模块HC-SR04供电；
核心处理模块包括核心处理器STM32F103C8T6、频率及PWM信号输出均可调模块SG3525和电源模块：所述核心处理器STM32F103C8T6通过电路与频率及PWM信号输出均可调模块SG3525相连，所述电源模块通过电路给各模块供电；
天线转动模块包括舵机SG909G、射频模块AS01-ML01DP5、高增益2.4G双振子天线和电源模块：所述舵机SG909G通过电路与射频模块AS01-ML01DP5相连，所述射频模块AS01-ML01DP5通过SMA接口与高增益2.4G双振子天线相连，所述电源模块通过电路给各模块供电；
网络连接模块包括GRRS无线模块WG-8010和电源模块，GRRS无线模块通过串口与核心处理模块通信，电源模块通过电路给GRRS无线模块WG-8010供电；
所述云端服务器模块采用VisualC#语言编写，通过互联网与网络连接模块通信。
如图2所示，本实施例还提供一种地形智能识别无人机的数据采集方法，包括下述步骤：
S1、目标坡度采集模块通过IO口与核心处理模块连接，核心处理模块将高电平信号发送到目标坡度采集模块，目标坡度采集模块自动发送一组方波，并自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则将一高电平通过IO口输出到核心处理模块，核心处理模块采用内部的定时器计算出此高电平持续的时间，该时间就是超声波从发射到返回的时间，并计算目标到测距设备的距离；
S2、核心处理模块将计算所得的目标到测距设备的距离数据，利用网络连接模块与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上；
S3、云端服务器根据接收到的测距值和测距方向与水平面的夹角等信息，通过相关软件程序计算出地形坡度及天线要转动的角度，并将角度值转换成天线转动模块的输入信号脉冲宽度值，存储到数据库里，并且通过网络发送到核心处理模块；
S4、核心处理模块将天线要转动的角度对应的输入信号脉冲宽度值发送给天线转动模块，天线转动模块根据该数据通过舵机及振子带动天线转动相应的角度。
上述步骤S3中，首先云端服务器通过网络接收核心处理模块发送过来的测距值，接着云端服务器将测距值和预先设定的测距方向与水平面的夹角信息作为变量参数输入采用VisualC#语言编写的地形坡度计算及坡度与输入信号脉冲宽度值的转换程序中，最后云端服务器将程序计算出的地形坡度和输入信号脉冲宽度值存储到数据库里，并通过网络将输入信号脉冲宽度值发送给核心处理模块。
上述步骤S4中，首先核心处理模块通过网络接收云端服务器计算所得的地形坡度对应的信号脉冲宽度值，接着核心处理模块将信号脉冲宽度值发送给天线转动模块，最后天线转动模块中的舵机根据输入信号脉冲宽度值通过振子带动天线转动相应的角度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，包括目标坡度采集模块、核心处理模块、天线转动模块、网络连接模块和云端服务器模块；所述目标坡度采集模块与核心处理模块通过IO口连接；所述核心处理模块与天线转动模块通过IO口连接，所述核心处理模块与网络连接模块通过串口连接，所述网络连接模块与云端服务器模块通过无线通信方式连接；
所述目标坡度采集模块，通过IO口与核心处理模块连接，核心处理模块将高电平信号发送到目标坡度采集模块，目标坡度采集模块自动发送一组方波，并自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则将一高电平通过IO口输出到核心处理模块，核心处理模块采用内部的定时器计算出此高电平持续的时间，该时间就是超声波从发射到返回的时间，并计算目标到测距设备的距离；
所述核心处理模块，用于将计算所得的目标到测距设备的距离数据，利用网络连接模块与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上，并且通过网络连接模块接收来自云端服务器的运算结果，控制天线转动模块转动相应的角度；
所述天线转动模块，用于接收来自核心处理模块的输入信号脉冲宽度值，根据该数据通过舵机及振子带动天线转动相应的角度；
所述网络连接模块，用于将来自核心处理模块的数据发送到云端服务器模块，并且接收来自云端服务器模块的数据，发送到核心处理模块；
所述云端服务器模块，用于实时地对来自核心处理模块的数据进行分析，计算出山体坡度及天线要转动的角度，并将角度值转换成天线转动模块的输入信号脉冲宽度值，存储到数据库里，并且通过网络发送到核心处理模块。
2.根据权利要求1所述地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，所述目标坡度采集模块包括两个超声波模块HC-SR04和电源模块：所述超声波模块HC-SR04通过电路与电源模块相连作为核心处理器，所述电源模块通过电路给超声波模块HC-SR04供电。
3.根据权利要求1所述地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，所述核心处理模块包括核心处理器STM32F103C8T6、频率及PWM信号输出均可调模块SG3525和电源模块：所述核心处理器STM32F103C8T6通过电路与频率及PWM信号输出均可调模块SG3525相连，所述电源模块通过电路给各模块供电。
4.根据权利要求1所述地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，所述天线转动模块包括舵机SG909G、射频模块AS01-ML01DP5、高增益2.4G双振子天线和电源模块：所述舵机SG909G通过电路与高增益2.4G双振子天线相连,所述射频模块AS01-ML01DP5相连通过SMA接口与天线相连，所述电源模块通过电路给各模块供电。
5.根据权利要求1所述地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，所述网络连接模块包括GRRS无线模块WG-8010和电源模块，GRRS无线模块通过串口与核心处理模块通信，电源模块通过电路给GRRS无线模块WG-8010供电。
6.根据权利要求1所述地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，所述云端服务器模块采用VisualC#语言编写，通过互联网与网络连接模块通信。
7.根据权利要求1所述地形智能识别无人机的数据采集系统，其特征在于，所述无线通信方式包括WIFI、WLAN、GPRS的无线通信方式。
8.一种地形智能识别无人机的数据采集方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、目标坡度采集模块通过IO口与核心处理模块连接，核心处理模块将高电平信号发送到目标坡度采集模块，目标坡度采集模块自动发送一组方波，并自动检测是否有信号返回，如果有信号返回，则将一高电平通过IO口输出到核心处理模块，核心处理模块采用内部的定时器计算出此高电平持续的时间，该时间就是超声波从发射到返回的时间，并计算目标到测距设备的距离；
S2、核心处理模块将计算所得的目标到测距设备的距离数据，利用网络连接模块与云端服务器模块建立起Socket连接，通过互联网将数据发送到云端服务器上；
S3、云端服务器根据接收到的测距值和测距方向与水平面的夹角信息，计算出地形坡度及天线要转动的角度，并将角度值转换成天线转动模块的输入信号脉冲宽度值，存储到数据库里，并且通过网络发送到核心处理模块；
S4、核心处理模块将天线要转动的角度对应的输入信号脉冲宽度值发送给天线转动模块，天线转动模块根据该数据通过舵机及振子带动天线转动相应的角度。
9.根据权利要求8所述的地形智能识别无人机的数据采集方法，其特征在于，步骤S3中，首先云端服务器通过网络接收核心处理模块发送过来的测距值，接着云端服务器将测距值和预先设定的测距方向与水平面的夹角信息作为变量参数输入采用VisualC#语言编写的地形坡度计算及坡度与输入信号脉冲宽度值的转换程序中，最后云端服务器将程序计算出的地形坡度和输入信号脉冲宽度值存储到数据库里，并通过网络将输入信号脉冲宽度值发送给核心处理模块。
10.根据权利要求8所述的地形智能识别无人机的数据采集方法，其特征在于，步骤S4中，首先核心处理模块通过网络接收云端服务器计算所得的地形坡度对应的信号脉冲宽度值，接着核心处理模块将信号脉冲宽度值发送给天线转动模块，最后天线转动模块中的舵机根据输入信号脉冲宽度值通过振子带动天线转动相应的角度。
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