CN106646481A - 一种用于输电线路的无人机测距装置及其测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机测距技术领域，特别涉及一种用于输电线路的无人机测距装置及其测距方法。本发明包括主控电路、传感器电路、无线通信电路、CAN总线通信电路以及供电电路，操作人员通过控制器控制飞行平台飞行，所述传感器电路包括激光测距单元、超声波测距单元、倾角测量单元，激光测距单元和超声波测距单元均用来测量飞行平台与输电线路之间的净空距离以及飞行平台与障碍物之间的净空距离，当激光测距单元或超声波测距单元出现故障时，另一个也可以继续工作，倾角测量单元则用于测量输电线路与垂直方向的倾斜角度、障碍物与垂直方向的倾斜角度。本发明能够准确地测量障碍物与输电线路之间的距离，本发明的测量范围广、结构简单、成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于无人机测距技术领域，特别涉及一种用于输电线路的无人机测距装置及其测距方法。
背景技术
架空输电线路的运行环境较为恶劣，具有点多、线长、面广等特点，而且长期暴露在野外，线路安全监控难度大，加之运维环境复杂多变，影响输电线路安全运行的外界因素不断增加，例如线路走廊内大规模种植高大树木、修建蔬菜大棚等违章建筑物等，特别是对于存在视觉偏差，不易人为测量的树木距离处，存在较大安全隐患。据调查，安徽省电力公司在2014年1月～2015年11月，共发生12起因树/竹障碍物而引起的生产事故，导致了较大的经济损失，影响电网的安全可靠性，按照输电线路运行规程的要求，线路管理部门需要定期对线路走廊开展巡视工作，对走廊内树木及建筑物与导线距离进行测量，对于距离小于安全距离的树木应及时砍伐。
目前，输电运维管理部门测量导线与导线下方障碍物距离的最常见的方法是利用激光测距仪或电子经纬仪测量，激光测距仪或电子经纬仪测量障碍物的方法虽然运用广泛，操作简便，但是，测量精度偏低，且测量时必须选取水平操作平台，测量范围有限，无法对现场特殊区域测量，尤其是对线路走廊狭窄地区下成片的高大林木距离的测量容易受到地形限制。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种用于输电线路的无人机测距装置，本发明能够准确地测量障碍物与输电线路之间的距离，且本发明的测量范围广、结构简单、成本低廉。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种用于输电线路的无人机测距装置，包括主控电路、传感器电路、无线通信电路、CAN总线通信电路以及供电电路，其中，
主控电路，用于接收后台服务指令，并根据所述服务指令做出相应动作，主控电路分别与传感器电路、无线通信电路、CAN总线通信电路之间双向通信连接；
传感器电路，安装在飞行平台上，用于测量输电线路与障碍物之间的净空距离、水平距离以及垂直距离，并将其测量的距离信息分别通过主控电路、CAN总线通信电路传送至地面站的显示系统；
无线通信电路，用于开启或关闭传感器电路；
供电电路，其电源输出端分别与主控电路、传感器电路、无线通信电路、CAN总线通信电路的电源输入端相连。
优选的，所述传感器电路包括激光测距单元、超声波测距单元、倾角测量单元，所述激光测距单元、超声波测距单元、倾角测量单元均与主控电路之间双向通信连接，激光测距单元、超声波测距单元、倾角测量单元的电源输入端均连接供电电路的电源输出端，其中，
激光测距单元或超声波测距单元，用于测量飞行平台与输电线路之间的净空距离以及飞行平台与障碍物之间的净空距离；所述超声波测距单元还用于使飞行平台躲避障碍；
倾角测量单元，用于测量输电线路与垂直方向的倾斜角度、障碍物与垂直方向的倾斜角度。
优选的，所述主控电路包括主控芯片，所述主控芯片的型号为STM32F103芯片；所述主控芯片的引脚5分别连接第六电阻的一端、晶振的一端、第二十五电容的一端，主控芯片的引脚6分别连接第六电阻的另一端、晶振的另一端、第二十六电容的一端，所述第二十五电容的另一端、第二十六电容的另一端均接地；主控芯片的引脚7分别连接第九电阻的一端、第三十一电容的一端、复位开关的一端，所述第九电阻的另一端连接电源，主控芯片的引脚44连接第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端、复位开关的另一端、第三十一电容的另一端均接地，主控芯片的引脚25、引脚30、引脚31、引脚34、引脚37均连接激光测距单元；主控芯片的引脚12、引脚13均连接超声波测距单元；主控芯片的引脚21、引脚22、引脚42、引脚43均连接倾角测量单元；主控芯片的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17、引脚26、引脚27、引脚28、引脚39、引脚40均连接无线通信电路；主控芯片的引脚32、引脚33均连接CAN总线通信电路。
优选的，所述激光测距单元包括继电器，所述继电器的型号为HK4100F，所述继电器的引脚5分别连接第七电阻的一端、第一二极管的正极、三极管的发射极，所述第一二极管的负极连接电源，所述三极管的基极分别连接第七电阻的另一端、第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端连接主控芯片的引脚25，三极管的集电极分别连接第二十九电容的一端、第三十电容的一端以及第一外部接口的1接口并接地，所述第二十九电容的另一端、第三十电容的另一端均连接第十电阻的一端、第十一电阻的一端、第一外部接口的2接口以及继电器的引脚1，所述第十电阻的另一端连接第一外部接口的3接口以及主控芯片的引脚34，所述第十一电阻的另一端连接第一外部接口的4接口以及主控芯片的引脚37，第一外部接口的6接口、7接口分别连接主控芯片的引脚30、引脚31，继电器的引脚2、引脚3均连接电源。
进一步的，所述超声波测距单元包括第二十七电容、第二十八电容，所述第二十七电容的一端、第二十八电容的一端均连接第二外部接口的1接口以及电源，第二十七电容的另一端、第二十八电容的另一端均连接第二外部接口的2接口并接地，第二外部接口的3接口、4接口分别连接主控芯片的引脚12、引脚13。
进一步的，所述倾角测量单元包括测量芯片，所述测量芯片的型号为MPU6050芯片；所述测量芯片的引脚23连接第十四电阻的一端以及主控芯片的引脚42，所述测量芯片的引脚24连接第十三电阻的一端以及主控芯片的引脚43，所述第十四电阻的另一端、第十三电阻的另一端、测量芯片的引脚8、引脚13均连接电源，测量芯片的引脚12连接主控芯片的引脚21，测量芯片的引脚9连接主控芯片的引脚22以及第十五电阻的一端，测量芯片的引脚10连接第三十二电容的一端，所述第三十二电容的另一端、第十五电阻的另一端均连接测量芯片的引脚11、引脚20、引脚1、引脚18并接地。
进一步的，所述无线通信电路包括通信芯片和天线开关芯片，所述通信芯片的型号为SI4432芯片，天线开关芯片的型号为UPG2214TB系列芯片；所述通信芯片的引脚1分别连接第六电容的一端、第七电容的一端、第八电容的一端、第九电容的一端、第四电阻的一端以及电源，所述第六电容、第七电容、第八电容、第九电容的另一端均连接第十电容的一端并接地，所述第十电容的另一端分别连接第四电阻的另一端以及第一电感的一端，所述第一电感的另一端分别连接第十二电容的一端以及通信芯片的引脚2，所述第十二电容的另一端分别连接第十八电容的一端、第四电感的一端、第五电感的一端，所述第十八电容的另一端、第五电感的另一端均连接第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端分别连接第十五电容的一端、第十六电容的一端、第十七电容的一端并接地，所述第四电感的另一端分别连接第十七电容的另一端以及第三电感的一端，所述第三电感的另一端连接第二电感的一端以及第十六电容的另一端，所述第二电感的另一端连接第十一电容的一端以及第十五电容的另一端，所述第十一电容的另一端连接天线开关芯片的引脚3；通信芯片的引脚3连接第二十三电容的一端以及第六电感的一端，所述第六电感的另一端连接通信芯片的引脚4以及第二十四电容的一端，所述第二十四电容的另一端分别连接第十四电容的一端、第十九电容的一端并接地，所述第十四电容的另一端、第十九电容的另一端分别连接通信芯片的引脚5、引脚6，所述第二十三电容的另一端连接第二十二电容的一端，所述第二十二电容的另一端连接天线开关芯片的引脚1；通信芯片的引脚7连接主控芯片的引脚28，通信芯片的引脚8连接主控芯片的引脚27以及天线开关芯片的引脚6，通信芯片的引脚9连接主控芯片的引脚26以及天线开关芯片的引脚4；所述通信芯片的引脚10分别连接第二十电容的一端、第二十一电容的一端，所述第二十电容的另一端、第二十一电容的另一端均接地；通信芯片的引脚11连接第十三电容的一端并接地，所述第十三电容的另一端连接通信芯片的引脚12并连接电源，通信芯片的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚20分别连接主控芯片的引脚16、引脚17、引脚15、引脚39、引脚14；通信芯片的引脚17分别连接第一电阻的一端、第二电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接电源，第二电阻的另一端连接主控芯片的引脚40，通信芯片的引脚18连接晶振的一端，晶振的另一端连接通信芯片的引脚19，所述天线开关芯片的引脚5通过第一电容连接天线。
更进一步的，所述CAN总线通信电路包括通信接口芯片，所述通信接口芯片的型号为TJA1050，所述通信接口芯片的引脚1、引脚4分别连接主控芯片的引脚33、引脚32，通信接口芯片的引脚8分别连接第三十三电容的一端、第三十四电容的一端以及通信接口芯片的引脚2，所述第三十三电容的另一端、第三十四电容的另一端均连接通信接口芯片的引脚3以及电源，通信接口芯片的引脚6连接第十六电阻的一端以及第三外部接口的2接口，通信接口芯片的引脚7连接第十六电阻的另一端以及第三外部接口的1接口。
本发明还提供了一种用于输电线路的无人机测距装置的测距方法，包括以下步骤：
S1、操作人员通过控制器控制飞行平台飞行，调整传感器电路即为角度采集系统的角度，所述激光测距单元或超声波测距单元测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1，倾角测量单元测量输电线路与垂直方向的倾斜角度α；
S2、操作人员再次调整角度采集系统的角度，所述激光测距单元或超声波测距单元测量飞行平台与障碍物之间的净空距离L2，倾角测量单元测量障碍物与垂直方向的倾斜角度β；
S3、根据公式H1＝L1*sinα-L2*sinβ，H2＝L2*cosβ-L1*cosα，得出输电线路与障碍物之间的净空距离H、输电线路与障碍物之间的水平距离H1、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2。
优选的，步骤S1、S2完成后，移动飞行平台的位置，调整角度采集系统的角度，多次测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1n，输电线路与垂直方向的倾斜角度αn，飞行平台与障碍物之间的净空距离L2n，障碍物与垂直方向的倾斜角度βn，根据步骤S3中公式得到输电线路与障碍物之间的净空距离Hn、输电线路与障碍物之间的水平距离H1n、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2n，输电线路与障碍物之间的净空距离的最终测量结果为(H+…+Hi…+Hn)/n，输电线路与障碍物之间的水平距离的最终测量结果为(H1+…+H1i…+H1n)/n、输电线路与障碍物之间的垂直距离(H2+…+H2i…+H2n)/n。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明包括主控电路、传感器电路、无线通信电路、CAN总线通信电路以及供电电路，操作人员通过控制器控制飞行平台飞行，所述传感器电路包括激光测距单元、超声波测距单元、倾角测量单元，激光测距单元和超声波测距单元均可用来测量飞行平台与输电线路之间的净空距离以及飞行平台与障碍物之间的净空距离，当激光测距单元或超声波测距单元其中一个出现故障时，另一个也可以继续工作，倾角测量单元则用于测量输电线路与垂直方向的倾斜角度、障碍物与垂直方向的倾斜角度，根据公式可计算得出障碍物与输电线路之间的净空距离H、输电线路与障碍物之间的水平距离H1、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2，因此本发明能够准确地测量障碍物与输电线路之间的净空距离H、水平距离H1以及垂直距离H2，且本发明的测量范围广、电路结构简单、成本低廉。
2)、调整角度采集系统的角度，多次测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1n，输电线路与垂直方向的倾斜角度αn，飞行平台与障碍物之间的净空距离L2n，障碍物与垂直方向的倾斜角度βn，最终得到输电线路与障碍物之间的净空距离Hn、输电线路与障碍物之间的水平距离H1n、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2n，输电线路与障碍物之间的净空距离的最终测量结果为(H+…+Hi…+Hn)/n，输电线路与障碍物之间的水平距离的最终测量结果为((H1+…+H1i…+H1n)/n、输电线路与障碍物之间的垂直距离(H2+…+H2i…+H2n)/n，多次测量取平均值，进一步增加本发明的测量精度。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的主控电路的电路原理图；
图3为本发明的激光测距单元的电路原理图；
图4为本发明的超声波测距单元的电路原理图；
图5为本发明的倾角测量单元的电路原理图；
图6为本发明的无线通信电路的电路原理图；
图7为本发明的CAN总线通信电路的电路原理图；
图8为本发明的测距方法的测距原理图。
10—主控电路 20—传感器电路 21—激光测距单元
22—超声波测距单元 23—倾角测量单元 30—无线通信电路
40—CAN总线通信电路 50—供电电路 U1—主控芯片
U2—测量芯片 U3—通信芯片 U4—天线开关芯片
U5—通信接口芯片 D1—第一二极管 Q1—三极管
C1～C34—第一电容～第三十四电容
R1～R16—第一电阻～第十六电阻
L1～L6—第一电感～第六电感
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种用于输电线路的无人机测距装置，包括主控电路10、传感器电路20、无线通信电路30、CAN总线通信电路40以及供电电路50，所述主控电路10用于接收后台服务指令，并根据所述服务指令做出相应动作，主控电路10分别与传感器电路20、无线通信电路30、CAN总线通信电路40之间双向通信连接；所述传感器电路20安装在飞行平台上，用于测量输电线路与障碍物之间的净空距离、水平距离以及垂直距离，并将其测量的距离信息分别通过主控电路10、CAN总线通信电路40传送至地面站的显示系统；所述无线通信电路30用于开启或关闭传感器电路20；所述供电电路50，其电源输出端分别与主控电路10、传感器电路20、无线通信电路30、CAN总线通信电路40的电源输入端相连。
如图1所示，所述传感器电路20包括激光测距单元21、超声波测距单元22、倾角测量单元23，所述激光测距单元21、超声波测距单元22、倾角测量单元23均与主控电路10之间双向通信连接，激光测距单元21、超声波测距单元22、倾角测量单元23的电源输入端均连接供电电路50的电源输出端，所述激光测距单元21或超声波测距单元22用于测量飞行平台与输电线路之间的净空距离以及飞行平台与障碍物之间的净空距离；所述超声波测距单元22还用于使飞行平台躲避障碍；所述倾角测量单元23，用于测量输电线路与垂直方向的倾斜角度、障碍物与垂直方向的倾斜角度，当激光测距单元21或超声波测距单元22其中一个出现故障时，另一个也可以继续工作。
所述传感器电路20即为角度采集系统的角度。
如图2所示，所述主控电路10包括主控芯片U1，所述主控芯片U1的型号为STM32F103芯片；所述主控芯片U1的引脚5分别连接第六电阻R6的一端、晶振的一端、第二十五电容C25的一端，主控芯片U1的引脚6分别连接第六电阻R6的另一端、晶振的另一端、第二十六电容C26的一端，所述第二十五电容C25的另一端、第二十六电容C26的另一端均接地；主控芯片U1的引脚7分别连接第九电阻R9的一端、第三十一电容C31的一端、复位开关的一端，所述第九电阻R9的另一端连接电源，主控芯片U1的引脚44连接第十二电阻R12的一端，所述第十二电阻R12的另一端、复位开关的另一端、第三十一电容C31的另一端均接地，主控芯片U1的引脚25、引脚30、引脚31、引脚34、引脚37均连接激光测距单元21；主控芯片U1的引脚12、引脚13均连接超声波测距单元22；主控芯片U1的引脚21、引脚22、引脚42、引脚43均连接倾角测量单元23；主控芯片U1的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17、引脚26、引脚27、引脚28、引脚39、引脚40均连接无线通信电路30；主控芯片U1的引脚32、引脚33均连接CAN总线通信电路40。
如图3所示，所述激光测距单元21包括继电器，所述继电器的型号为HK4100F，所述继电器的引脚5分别连接第七电阻R7的一端、第一二极管D1的正极、三极管Q1的发射极，所述第一二极管D1的负极连接电源，所述三极管Q1的基极分别连接第七电阻R7的另一端、第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端连接主控芯片U1的引脚25，三极管Q1的集电极分别连接第二十九电容C29的一端、第三十电容C30的一端以及第一外部接口的1接口并接地，所述第二十九电容C29的另一端、第三十电容C30的另一端均连接第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端、第一外部接口的2接口以及继电器的引脚1，所述第十电阻R10的另一端连接第一外部接口的3接口以及主控芯片U1的引脚34，所述第十一电阻R11的另一端连接第一外部接口的4接口以及主控芯片U1的引脚37，第一外部接口的6接口、7接口分别连接主控芯片U1的引脚30、引脚31，继电器的引脚2、引脚3均连接电源。
第一二极管D1为续流二极管，用于防止继电器在断开时反向电流击穿三极管Q1，三极管Q1为驱动三极管，用于驱动继电器导通与断开，第七电阻R7为上拉电阻，用于使继电器正常情况下处于断开状态，继电器控制引脚通过限流电阻第八电阻R8与主控芯片U1的RELAY引脚相连，用于实现对继电器的通断控制，第二十九电容C29、第三十电容C30均为电源滤波电容，第十电阻R10、第十一电阻R11均为控制脚上拉电阻，SEL_A、SEL_B为模块工作模式选择，TXD1、RXD1为串口通信接口，用于实现指令和数据传输。
如图4所示，所述超声波测距单元22包括第二十七电容C27、第二十八电容C28，所述第二十七电容C27的一端、第二十八电容C28的一端均连接第二外部接口的1接口以及电源，第二十七电容C27的另一端、第二十八电容C28的另一端均连接第二外部接口的2接口并接地，第二外部接口的3接口、4接口分别连接主控芯片U1的引脚12、引脚13。
第二外部接口的3接口、4接口均用于实现数据和指令的传输。
如图5所示，所述倾角测量单元23包括测量芯片U2，所述测量芯片U2的型号为MPU6050芯片；所述测量芯片U2的引脚23连接第十四电阻R14的一端以及主控芯片U1的引脚42，所述测量芯片U2的引脚24连接第十三电阻R13的一端以及主控芯片U1的引脚43，所述第十四电阻R14的另一端、第十三电阻R13的另一端、测量芯片U2的引脚8、引脚13均连接电源，测量芯片U2的引脚12连接主控芯片U1的引脚21，测量芯片U2的引脚9连接主控芯片U1的引脚22以及第十五电阻R15的一端，测量芯片U2的引脚10连接第三十二电容C32的一端，所述第三十二电容C32的另一端、第十五电阻R15的另一端均连接测量芯片U2的引脚11、引脚20、引脚1、引脚18并接地。
MPU6050芯片集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，如磁力计。
MPU6050芯片引脚SDA、引脚SCL用于实现数据/指令和时钟信号的传输。当MPU6050芯片采集完成倾角数据时，INT引脚输出一个中断信号，告知主控芯片U1数据倾角数据采集完成，可以读取，ADO引脚用于设定MPU6050的IIC通讯地址。
如图6所示，所述无线通信电路30包括通信芯片U3和天线开关芯片U4，所述通信芯片U3的型号为SI4432芯片，天线开关芯片U4的型号为UPG2214TB系列芯片；所述通信芯片U3的引脚1分别连接第六电容C6的一端、第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第四电阻R4的一端以及电源，所述第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9的另一端均连接第十电容C10的一端并接地，所述第十电容C10的另一端分别连接第四电阻R4的另一端以及第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端分别连接第十二电容C12的一端以及通信芯片U3的引脚2，所述第十二电容C12的另一端分别连接第十八电容C18的一端、第四电感L4的一端、第五电感L5的一端，所述第十八电容C18的另一端、第五电感L5的另一端均连接第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端分别连接第十五电容C15的一端、第十六电容C16的一端、第十七电容C17的一端并接地，所述第四电感L4的另一端分别连接第十七电容C17的另一端以及第三电感L3的一端，所述第三电感L3的另一端连接第二电感L2的一端以及第十六电容C16的另一端，所述第二电感L2的另一端连接第十一电容C11的一端以及第十五电容C15的另一端，所述第十一电容C11的另一端连接天线开关芯片U4的引脚3；通信芯片U3的引脚3连接第二十三电容C23的一端以及第六电感L6的一端，所述第六电感L6的另一端连接通信芯片U3的引脚4以及第二十四电容C24的一端，所述第二十四电容C24的另一端分别连接第十四电容C14的一端、第十九电容C19的一端并接地，所述第十四电容C14的另一端、第十九电容C19的另一端分别连接通信芯片U3的引脚5、引脚6，所述第二十三电容C23的另一端连接第二十二电容C22的一端，所述第二十二电容C22的另一端连接天线开关芯片U4的引脚1；通信芯片U3的引脚7连接主控芯片U1的引脚28，通信芯片U3的引脚8连接主控芯片U1的引脚27以及天线开关芯片U4的引脚6，通信芯片U3的引脚9连接主控芯片U1的引脚26以及天线开关芯片U4的引脚4；所述通信芯片U3的引脚10分别连接第二十电容C20的一端、第二十一电容C21的一端，所述第二十电容C20的另一端、第二十一电容C21的另一端均接地；通信芯片U3的引脚11连接第十三电容C13的一端并接地，所述第十三电容C13的另一端连接通信芯片U3的引脚12并连接电源，通信芯片U3的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚20分别连接主控芯片U1的引脚16、引脚17、引脚15、引脚39、引脚14；通信芯片U3的引脚17分别连接第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接电源，第二电阻R2的另一端连接主控芯片U1的引脚40，通信芯片U3的引脚18连接晶振的一端，晶振的另一端连接通信芯片U3的引脚19，所述天线开关芯片U4的引脚5通过第一电容C1连接天线。
SI4432芯片的SDO引脚与主控芯片U1的MISO相连实现指令的发送，SDI引脚与主控芯片U1的MOSI相连实现指令的接收，SCLK以及与主控芯片U1的SCLK相连实现时钟的传输，SDN引脚与主控的SDN相连用来使能SI4432芯片，NIRO引脚与主控芯片U1的NIRQ相连，当天线开关芯片U4接收数据完成后，会在此管脚产生一个中断信号，通知主控芯片U1对天线开关芯片U4接收的数据进行处理，主控芯片U1通过GPIO0～GPIO2切换天线的收发状态，从而实现收发数据的顺利实现。
如图7所示，所述CAN总线通信电路40包括通信接口芯片U5，所述通信接口芯片U5的型号为TJA1050，所述通信接口芯片U5的引脚1、引脚4分别连接主控芯片U1的引脚33、引脚32，通信接口芯片U5的引脚8分别连接第三十三电容C33的一端、第三十四电容C34的一端以及通信接口芯片U5的引脚2，所述第三十三电容C33的另一端、第三十四电容C34的另一端均连接通信接口芯片U5的引脚3以及电源，通信接口芯片U5的引脚6连接第十六电阻R16的一端以及第三外部接口的2接口，通信接口芯片U5的引脚7连接第十六电阻R16的另一端以及第三外部接口的1接口。
TJA1050接口芯片的接口简单，使用方便，第三十三电容C33、第三十四电容C34均为芯片输入电源去耦电容，用于去除电源中干扰，第十六电阻R16为CAN总线终端匹配电阻，用于消除在通信电缆中的信号反射，第三外部接口为总线接线端子，用于与无人机平台中OSD系统连接，TJA1050的D引脚与主控芯片U1的CAN_T引脚相连，R引脚与主控芯片U1的CAN_R引脚相连，用于实现数据通讯。
如图1～8所示，一种用于输电线路的无人机测距装置的测距方法，包括以下步骤：
S1、操作人员通过控制器控制飞行平台飞行，调整传感器电路(20)即为角度采集系统的角度，所述激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1，倾角测量单元(23)测量输电线路与垂直方向的倾斜角度α；
S2、操作人员再次调整角度采集系统的角度，所述激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)测量飞行平台与障碍物之间的净空距离L2，倾角测量单元(23)测量障碍物与垂直方向的倾斜角度β；
障碍物可为高大树木、修建蔬菜大棚等违章建筑物等。
S3、根据公式H1＝L1*sinα-L2*sinβ，H2＝L2*cosβ-L1*cosα，得出输电线路与障碍物之间的净空距离H、输电线路与障碍物之间的水平距离H1、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2。
发明能够准确地测量障碍物与输电线路之间的净空距离H、水平距离H1以及垂直距离H2，且本发明的测量范围广、电路结构简单、成本低廉。
步骤S1、S2完成后，移动飞行平台的位置，调整角度采集系统的角度，多次测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1n，输电线路与垂直方向的倾斜角度αn，飞行平台与障碍物之间的净空距离L2n，障碍物与垂直方向的倾斜角度βn，根据步骤S3中公式得到输电线路与障碍物之间的净空距离Hn、输电线路与障碍物之间的水平距离H1n、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2n，输电线路与障碍物之间的净空距离的最终测量结果为(H+…+Hi…+Hn)/n，输电线路与障碍物之间的水平距离的最终测量结果为(H1+…+H1i…+H1n)/n、输电线路与障碍物之间的垂直距离(H2+…+H2i…+H2n)/n，多次测量取平均值，进一步增加本发明的测量精度。
Claims (10)
1.一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：包括主控电路(10)、传感器电路(20)、无线通信电路(30)、CAN总线通信电路(40)以及供电电路(50)，其中，
主控电路(10)，用于接收后台服务指令，并根据所述服务指令做出相应动作，主控电路(10)分别与传感器电路(20)、无线通信电路(30)、CAN总线通信电路(40)之间双向通信连接；
传感器电路(20)，安装在飞行平台上，用于测量输电线路与障碍物之间的净空距离、水平距离以及垂直距离，并将其测量的距离信息分别通过主控电路(10)、CAN总线通信电路(40)传送至地面站的显示系统；
无线通信电路(30)，用于开启或关闭传感器电路(20)；
供电电路(50)，其电源输出端分别与主控电路(10)、传感器电路(20)、无线通信电路(30)、CAN总线通信电路(40)的电源输入端相连。
2.如权利要求1所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述传感器电路(20)包括激光测距单元(21)、超声波测距单元(22)、倾角测量单元(23)，所述激光测距单元(21)、超声波测距单元(22)、倾角测量单元(23)均与主控电路(10)之间双向通信连接，激光测距单元(21)、超声波测距单元(22)、倾角测量单元(23)的电源输入端均连接供电电路(50)的电源输出端，其中，
激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)，用于测量飞行平台与输电线路之间的净空距离以及飞行平台与障碍物之间的净空距离；所述超声波测距单元(22)还用于使飞行平台躲避障碍；
倾角测量单元(23)，用于测量输电线路与垂直方向的倾斜角度、障碍物与垂直方向的倾斜角度。
3.如权利要求2所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述主控电路(10)包括主控芯片(U1)，所述主控芯片(U1)的型号为STM32F103芯片；所述主控芯片(U1)的引脚5分别连接第六电阻(R6)的一端、晶振的一端、第二十五电容(C25)的一端，主控芯片(U1)的引脚6分别连接第六电阻(R6)的另一端、晶振的另一端、第二十六电容(C26)的一端，所述第二十五电容(C25)的另一端、第二十六电容(C26)的另一端均接地；主控芯片(U1)的引脚7分别连接第九电阻(R9)的一端、第三十一电容(C31)的一端、复位开关的一端，所述第九电阻(R9)的另一端连接电源，主控芯片(U1)的引脚44连接第十二电阻(R12)的一端，所述第十二电阻(R12)的另一端、复位开关的另一端、第三十一电容(C31)的另一端均接地，主控芯片(U1)的引脚25、引脚30、引脚31、引脚34、引脚37均连接激光测距单元(21)；主控芯片(U1)的引脚12、引脚13均连接超声波测距单元(22)；主控芯片(U1)的引脚21、引脚22、引脚42、引脚43均连接倾角测量单元(23)；主控芯片(U1)的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17、引脚26、引脚27、引脚28、引脚39、引脚40均连接无线通信电路(30)；主控芯片(U1)的引脚32、引脚33均连接CAN总线通信电路(40)。
4.如权利要求3所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述激光测距单元(21)包括继电器，所述继电器的型号为HK4100F，所述继电器的引脚5分别连接第七电阻(R7)的一端、第一二极管(D1)的正极、三极管(Q1)的发射极，所述第一二极管(D1)的负极连接电源，所述三极管(Q1)的基极分别连接第七电阻(R7)的另一端、第八电阻(R8)的一端，所述第八电阻(R8)的另一端连接主控芯片(U1)的引脚25，三极管(Q1)的集电极分别连接第二十九电容(C29)的一端、第三十电容(C30)的一端以及第一外部接口的1接口并接地，所述第二十九电容(C29)的另一端、第三十电容(C30)的另一端均连接第十电阻(R10)的一端、第十一电阻(R11)的一端、第一外部接口的2接口以及继电器的引脚1，所述第十电阻(R10)的另一端连接第一外部接口的3接口以及主控芯片(U1)的引脚34，所述第十一电阻(R11)的另一端连接第一外部接口的4接口以及主控芯片(U1)的引脚37，第一外部接口的6接口、7接口分别连接主控芯片(U1)的引脚30、引脚31，继电器的引脚2、引脚3均连接电源。
5.如权利要求4所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述超声波测距单元(22)包括第二十七电容(C27)、第二十八电容(C28)，所述第二十七电容(C27)的一端、第二十八电容(C28)的一端均连接第二外部接口的1接口以及电源，第二十七电容(C27)的另一端、第二十八电容(C28)的另一端均连接第二外部接口的2接口并接地，第二外部接口的3接口、4接口分别连接主控芯片(U1)的引脚12、引脚13。
6.如权利要求5所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述倾角测量单元(23)包括测量芯片(U2)，所述测量芯片(U2)的型号为MPU6050芯片；所述测量芯片(U2)的引脚23连接第十四电阻(R14)的一端以及主控芯片(U1)的引脚42，所述测量芯片(U2)的引脚24连接第十三电阻(R13)的一端以及主控芯片(U1)的引脚43，所述第十四电阻(R14)的另一端、第十三电阻(R13)的另一端、测量芯片(U2)的引脚8、引脚13均连接电源，测量芯片(U2)的引脚12连接主控芯片(U1)的引脚21，测量芯片(U2)的引脚9连接主控芯片(U1)的引脚22以及第十五电阻(R15)的一端，测量芯片(U2)的引脚10连接第三十二电容(C32)的一端，所述第三十二电容(C32)的另一端、第十五电阻(R15)的另一端均连接测量芯片(U2)的引脚11、引脚20、引脚1、引脚18并接地。
7.如权利要求6所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述无线通信电路(30)包括通信芯片(U3)和天线开关芯片(U4)，所述通信芯片(U3)的型号为SI4432芯片，天线开关芯片(U4)的型号为UPG2214TB系列芯片；所述通信芯片(U3)的引脚1分别连接第六电容(C6)的一端、第七电容(C7)的一端、第八电容(C8)的一端、第九电容(C9)的一端、第四电阻(R4)的一端以及电源，所述第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)的另一端均连接第十电容(C10)的一端并接地，所述第十电容(C10)的另一端分别连接第四电阻(R4)的另一端以及第一电感(L1)的一端，所述第一电感(L1)的另一端分别连接第十二电容(C12)的一端以及通信芯片(U3)的引脚2，所述第十二电容(C12)的另一端分别连接第十八电容(C18)的一端、第四电感(L4)的一端、第五电感(L5)的一端，所述第十八电容(C18)的另一端、第五电感(L5)的另一端均连接第五电阻(R5)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端分别连接第十五电容(C15)的一端、第十六电容(C16)的一端、第十七电容(C17)的一端并接地，所述第四电感(L4)的另一端分别连接第十七电容(C17)的另一端以及第三电感(L3)的一端，所述第三电感(L3)的另一端连接第二电感(L2)的一端以及第十六电容(C16)的另一端，所述第二电感(L2)的另一端连接第十一电容(C11)的一端以及第十五电容(C15)的另一端，所述第十一电容(C11)的另一端连接天线开关芯片(U4)的引脚3；通信芯片(U3)的引脚3连接第二十三电容(C23)的一端以及第六电感(L6)的一端，所述第六电感(L6)的另一端连接通信芯片(U3)的引脚4以及第二十四电容(C24)的一端，所述第二十四电容(C24)的另一端分别连接第十四电容(C14)的一端、第十九电容(C19)的一端并接地，所述第十四电容(C14)的另一端、第十九电容(C19)的另一端分别连接通信芯片(U3)的引脚5、引脚6，所述第二十三电容(C23)的另一端连接第二十二电容(C22)的一端，所述第二十二电容(C22)的另一端连接天线开关芯片(U4)的引脚1；通信芯片(U3)的引脚7连接主控芯片(U1)的引脚28，通信芯片(U3)的引脚8连接主控芯片(U1)的引脚27以及天线开关芯片(U4)的引脚6，通信芯片(U3)的引脚9连接主控芯片(U1)的引脚26以及天线开关芯片(U4)的引脚4；所述通信芯片(U3)的引脚10分别连接第二十电容(C20)的一端、第二十一电容(C21)的一端，所述第二十电容(C20)的另一端、第二十一电容(C21)的另一端均接地；通信芯片(U3)的引脚11连接第十三电容(C13)的一端并接地，所述第十三电容(C13)的另一端连接通信芯片(U3)的引脚12并连接电源，通信芯片(U3)的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚20分别连接主控芯片(U1)的引脚16、引脚17、引脚15、引脚39、引脚14；通信芯片(U3)的引脚17分别连接第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接电源，第二电阻(R2)的另一端连接主控芯片(U1)的引脚40，通信芯片(U3)的引脚18连接晶振的一端，晶振的另一端连接通信芯片(U3)的引脚19，所述天线开关芯片(U4)的引脚5通过第一电容(C1)连接天线。
8.如权利要求7所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述CAN总线通信电路(40)包括通信接口芯片(U5)，所述通信接口芯片(U5)的型号为TJA1050，所述通信接口芯片(U5)的引脚1、引脚4分别连接主控芯片(U1)的引脚33、引脚32，通信接口芯片(U5)的引脚8分别连接第三十三电容(C33)的一端、第三十四电容(C34)的一端以及通信接口芯片(U5)的引脚2，所述第三十三电容(C33)的另一端、第三十四电容(C34)的另一端均连接通信接口芯片(U5)的引脚3以及电源，通信接口芯片(U5)的引脚6连接第十六电阻(R16)的一端以及第三外部接口的2接口，通信接口芯片(U5)的引脚7连接第十六电阻(R16)的另一端以及第三外部接口的1接口。
9.如权利要求8所述的一种用于输电线路的无人机测距装置的测距方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、操作人员通过控制器控制飞行平台飞行，调整传感器电路(20)即为角度采集系统的角度，所述激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1，倾角测量单元(23)测量输电线路与垂直方向的倾斜角度α；
S2、操作人员再次调整角度采集系统的角度，所述激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)测量飞行平台与障碍物之间的净空距离L2，倾角测量单元(23)测量障碍物与垂直方向的倾斜角度β；
S3、根据公式H1＝L1*sinα-L2*sinβ，H2＝L2*cosβ-L1*cosα，得出输电线路与障碍物之间的净空距离H、输电线路与障碍物之间的水平距离H1、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2。
10.如权利要求9所述的一种用于输电线路的无人机测距装置的测距方法，其特征在于：步骤S1、S2完成后，移动飞行平台的位置，调整角度采集系统的角度，多次测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L1n，输电线路与垂直方向的倾斜角度αn，飞行平台与障碍物之间的净空距离L2n，障碍物与垂直方向的倾斜角度βn，根据步骤S3中公式得到输电线路与障碍物之间的净空距离Hn、输电线路与障碍物之间的水平距离H1n、输电线路与障碍物之间的垂直距离H2n，输电线路与障碍物之间的净空距离的最终测量结果为(H+…+Hi…+Hn)/n，输电线路与障碍物之间的水平距离的最终测量结果为(H1+…+H1i…+H1n)/n、输电线路与障碍物之间的垂直距离(H2+…+H2i…+H2n)/n。
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