CN106920294A - 基于自发电功能的自动返航黑匣子系统 - Google Patents

基于自发电功能的自动返航黑匣子系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，包括发电系统、飞行系统、返航控制系统、太阳能电池膜、磁线圈发电装置、整流储能电路、主控电路、旋翼装置、电机装置、控制芯片、GPS定位模块、电子罗盘、气压计、存储器、电压控制模块、障碍识别模块、黑匣子数据模块、弹射装置、气囊、黑匣子壳体。本发明通过在黑匣子内设置发电系统、飞行系统、返航控制系统等，使黑匣子无论在海面还是地面均可发电，并实时定位和形成返航路线，实现了黑匣子自主寻回返航的目的。本发明结合了先进的传感技术、定位技术、飞行技术等多种成熟技术，理念先进，方法新颖，可行性强。

Description

基于自发电功能的自动返航黑匣子系统
技术领域
本发明涉及飞机黑匣子技术领域，特别涉及基于自发电功能的自动返航黑匣子系统。
背景技术
飞机的黑匣子学名叫“飞行记录器”，是飞机的座舱话音记录器和飞机数据记录器，用来记录空勤人员的对话，以及负责记录飞行时间、速度、高度、发动机转速等数据，其记录了非常重要的数据，每当飞机事故发生时，搜寻黑匣子便成为极其重要的任务。黑匣子非常坚固，可耐飞机坠毁时的猛烈冲击和高温烈焰，但现有的黑匣子仍然存在不足，主要表现为以下几个方面：黑匣子的全部数据无法及时转存到安全地方；黑匣子没有无线电发送装置，在陆上坠机的话，只能靠外壳的明亮颜色和发光带来提醒搜寻人员；黑匣子落入海中，由水下信标发出的声波信号只能由声呐在水中进行探测，海底打捞困难极大，且黑匣子的电池只够维持30天左右。因此，常常会出现飞机失事后无法搜寻到黑匣子的情况。鉴于此，本发明提供了一种新的方法来解决上述问题。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题：提供了基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，替代了原有的搜寻黑匣子的方式，通过内置独立发电装置实现供电，利用飞行系统和返航控制系统实现自动返航到规定区域，技术成熟，操作智能化，简化了人们搜寻黑匣子和获取黑匣子数据的工作量。
本发明实现其目的所采用的技术方案是：
基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，包括发电系统（1）、飞行系统（2）、返航控制系统（3）、太阳能电池膜（4）、磁线圈发电装置（5）、整流储能电路（6）、主控电路（7）、旋翼装置（8）、电机装置（9）、控制芯片（10）、GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）、存储器（14）、电压控制模块（15）、障碍识别模块（16）、黑匣子数据模块（17）、弹射装置（18）、气囊（19）、黑匣子壳体（20）。所述的发电系统（1）包括太阳能电池膜（4）、磁线圈发电装置（5）、整流储能电路（6）、主控电路（7）、电压控制模块（15）。所述的飞行系统（2）包括旋翼装置（8）、电机装置（9）、控制芯片（10）。所述的返航控制系统（3）包括GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）、存储器（14）。
所述的太阳能电池膜（4）紧贴在黑匣子壳体（20）外表面，用于利用太阳能发电；所述的磁线圈发电装置（5）设置于黑匣子壳体（20）内部并与黑匣子壳体（20）固定连接，在落入海中时利用黑匣子壳体（20）的晃动实现切割磁感线发电功能；所述的太阳能电池膜（4）与磁线圈发电装置（5）均与整流储能电路（6）连接，将产生的不稳定电流进行有效存储；所述的整流储能电路（6）与主控电路（7）连接，发电系统（1）通过主控电路（7）为飞行系统（2）、返航控制系统（3）、障碍识别模块（16）提供电力支持；
所述的电压控制模块（15）分别与整流储能电路（6）和控制芯片（10）连接，用于检测电量并将电量信息反馈至控制芯片（10），以控制黑匣子的起飞与降落；所述的障碍识别模块（16）设置在黑匣子壳体（20）的四周和底部，并与主控电路（7）和控制芯片（10）连接，通过向外发射超声波和检测反射的超声波来识别飞行方向和降落下方的障碍物，并将信息反馈至控制芯片（10）；
所述的控制芯片（10）分别与所述的GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）和存储器（14）连接；所述的控制芯片（10）、电机装置（9）、旋翼装置（8）依次连接；所述的控制芯片（10）在接收到GPS定位模块（11）生成的坐标信息、电子罗盘（12）生成的方向识别信息以及气压计（13）生成的高度信息后，根据实时反馈的信息与所述存储器（14）中保存的初始坐标信息进行比较处理后，生成控制指令控制所述的电机装置（9），以驱动旋翼装置（8）按控制指令的方向飞行。
所述的黑匣子数据模块（17）存储有飞行记录仪和话音记录仪的信息；所述的弹射装置（18）位于黑匣子壳体（20）下方，在出现异常状况时启动，将黑匣子壳体（20）弹射出飞机；
所述的GPS定位模块（11）用于检测黑匣子的位置坐标并生成坐标信息；所述的电子罗盘（12）用于识别黑匣子的飞行方向并生成方向识别信息；所述的气压计（13）用于检测黑匣子的高度气压情况并生成高度信息；所述的存储器（14）用于存储返航目的地的位置坐标信息；所述的气囊（19）设置在黑匣子壳体（20）上，且气囊（19）位置的设置要满足在黑匣子落水漂浮在水面时，旋翼装置（8）浮出水面以上。
本发明基于自发电功能的自动返航黑匣子系统的总体思路是：黑匣子壳体（20）有发电系统（1）、飞行系统（2）、返航控制系统（3）、障碍识别模块（16）、黑匣子数据模块（17）、气囊（19），当飞机出现异常情况时，启动弹射装置（18）将黑匣子壳体（20）与飞机分离，黑匣子的飞行系统（2）和返航控制系统（3）启动，由于返航控制系统（3）可实时定位并形成返航路线，在控制指令下黑匣子朝着规定方向飞行，障碍识别模块（16）通过向前进方向发射和接收超声波来识别障碍，并将识别信息反馈至控制芯片（10），进而控制黑匣子避开障碍物，确保飞行顺利。当电压控制模块（15）检测到低电量信息时，将电量不足的信息反馈至控制芯片（10），以控制飞行系统（2）改变飞行模式为降落，障碍识别模块（16）通过向下方发射和接收超声波信息以寻找合适的降落点，如降落至地面，则依靠黑匣子外表的太阳能电池膜（4）进行发电，如降落至海面，由于黑匣子壳体（20）包裹有气囊（19），黑匣子可漂浮于海面，一方面依靠外部太阳能电池膜（4）发电，另一方面依靠在海面上的晃动促使内部磁线圈发电装置（5）不断切割磁感线来发电。当电压控制模块（15）检测到电量充足时，则再次启动飞行系统（2）和返航控制系统（3），进入返航飞行模式。通过此种自充电模式和飞行模式的交替进行，以确保黑匣子能不断朝着目的地返航飞行，最终成功获取黑匣子数据模块（17）中的重要信息。本发明中，以上所涉及到的发电系统、飞行系统、返航控制系统等各种模块和装置，均可以采用现有的技术实现。
本发明具有如下的优点及效果：
1、本发明基于自发电功能的自动返航黑匣子系统提供独立电源，结合太阳能发电和切割磁感线发电两种供电模式，构造简单，成本低廉，在海面和地面均可发电，适应性强；
2、本发明设计巧妙，结合了先进的传感技术、定位技术、飞行技术等多种技术，实现了黑匣子能够实时定位和形成返航路线的功能，并能在飞行过程中避开障碍物，确保飞行的顺利；
3、本发明改变原有的主动搜寻黑匣子的方式，采用了黑匣子自主寻回返航至目的地的方式，方法新颖，理念先进，可行性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明基于自发电功能的自动返航黑匣子系统的外观示意图。
图2是本发明基于自发电功能的自动返航黑匣子系统的主要部分关系示意图。
图3是本发明基于自发电功能的自动返航黑匣子系统的各部分关系示意图。
图中：1—发电系统，2—飞行系统，3—返航控制系统，4—太阳能电池膜，5—磁线圈发电装置，6—整流储能电路，7—主控电路，8—旋翼装置，9—电机装置，10—控制芯片，11— GPS定位模块，12—电子罗盘，13—气压计，14—存储器，15—电压控制模块，16—障碍识别模块，17—黑匣子数据模块，18—弹射装置，19—气囊，20—黑匣子壳体。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1至图3所示。基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，包括发电系统（1）、飞行系统（2）、返航控制系统（3）、太阳能电池膜（4）、磁线圈发电装置（5）、整流储能电路（6）、主控电路（7）、旋翼装置（8）、电机装置（9）、控制芯片（10）、GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）、存储器（14）、电压控制模块（15）、障碍识别模块（16）、黑匣子数据模块（17）、弹射装置（18）、气囊（19）、黑匣子壳体（20）。所述的发电系统（1）包括太阳能电池膜（4）、磁线圈发电装置（5）、整流储能电路（6）、主控电路（7）、电压控制模块（15）。所述的飞行系统（2）包括旋翼装置（8）、电机装置（9）、控制芯片（10）。所述的返航控制系统（3）包括GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）、存储器（14）。
如图1所示，所述的太阳能电池膜（4）紧贴在黑匣子壳体（20）外表面，用于利用太阳能发电；所述的气囊（19）靠近旋翼装置（8）并将黑匣子壳体（20）局部包裹，确保在黑匣子落水漂浮在水面时，旋翼装置（8）浮出水面以上；所述的障碍识别模块（16）设置在黑匣子壳体（20）的四周和底部，并与主控电路（7）和控制芯片（10）连接，通过向外发射超声波和检测反射的超声波来识别飞行方向和降落下方的障碍物，并将信息反馈至控制芯片（10），进而形成指令控制黑匣子的飞行状态，以躲避飞行前方的障碍物，或者寻找合适的降落区域；
如图2所示，所述的发电系统（1）通过主控电路（7）为飞行系统（2）、返航控制系统（3）、障碍识别模块（16）提供电力支持；所述的弹射装置（18）位于黑匣子壳体（20）下方，在出现异常状况时启动，将黑匣子壳体（20）弹射出飞机；
如图3所示，所述的磁线圈发电装置（5）设置于黑匣子壳体（20）内部并与黑匣子壳体（20）固定连接，在落入海中时利用黑匣子壳体（20）的晃动实现切割磁感线发电功能；所述的太阳能电池膜（4）与磁线圈发电装置（5）均与整流储能电路（6）连接，将产生的不稳定电流进行有效存储；所述的电压控制模块（15）分别与整流储能电路（6）和控制芯片（10）连接，用于检测电量并将电量信息反馈至控制芯片（10），以控制黑匣子的起飞与降落；所述的黑匣子数据模块（17）存储有飞行记录仪和话音记录仪的信息；所述的GPS定位模块（11）用于检测黑匣子的位置坐标并生成坐标信息；所述的电子罗盘（12）用于识别黑匣子的飞行方向并生成方向识别信息；所述的气压计（13）用于检测黑匣子的高度气压情况并生成高度信息；所述的存储器（14）用于存储返航目的地的位置坐标信息；所述的控制芯片（10）分别与所述的GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）和存储器（14）连接，所述的控制芯片（10）在接收到GPS定位模块（11）生成的坐标信息、电子罗盘（12）生成的方向识别信息以及气压计（13）生成的高度信息后，根据实时反馈的信息与所述存储器（14）中保存的初始坐标信息进行比较处理后，生成控制指令控制所述的电机装置（9），以驱动旋翼装置（8）按控制指令的方向飞行。
本发明基于自发电功能的自动返航黑匣子系统的总体思路是：黑匣子壳体（20）有发电系统（1）、飞行系统（2）、返航控制系统（3）、障碍识别模块（16）、黑匣子数据模块（17）、气囊（19），当飞机出现异常情况时，启动弹射装置（18）将黑匣子壳体（20）与飞机分离，黑匣子的飞行系统（2）和返航控制系统（3）启动，由于返航控制系统（3）可实时定位并形成返航路线，在控制指令下黑匣子朝着规定方向飞行，障碍识别模块（16）通过向前进方向发射和接收超声波来识别障碍，并将识别信息反馈至控制芯片（10），进而控制黑匣子避开障碍物，确保飞行顺利。当电压控制模块（15）检测到低电量信息时，将电量不足的信息反馈至控制芯片（10），以控制飞行系统（2）改变飞行模式为降落，障碍识别模块（16）通过向下方发射和接收超声波信息以寻找合适的降落点，如降落至地面，则依靠黑匣子外表的太阳能电池膜（4）进行发电，如降落至海面，由于黑匣子壳体（20）包裹有气囊（19），黑匣子可漂浮于海面，一方面依靠外部太阳能电池膜（4）发电，另一方面依靠在海面上的晃动促使内部磁线圈发电装置（5）不断切割磁感线来发电。当电压控制模块（15）检测到电量充足时，则再次启动飞行系统（2）和返航控制系统（3），进入返航飞行模式。通过此种自充电模式和飞行模式的交替进行，以确保黑匣子能不断朝着目的地返航飞行，最终成功获取黑匣子数据模块（17）中的重要信息。本发明中，以上所涉及到的发电系统、飞行系统、返航控制系统等各种模块和装置，均可以采用现有的技术实现。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，其特征在于：包括发电系统（1）、飞行系统（2）、返航控制系统（3）、障碍识别模块（16）、黑匣子数据模块（17）、弹射装置（18）、气囊（19）、黑匣子壳体（20）；所述的发电系统（1）包括太阳能电池膜（4）、磁线圈发电装置（5）、整流储能电路（6）、主控电路（7）、电压控制模块（15）；所述的飞行系统（2）包括旋翼装置（8）、电机装置（9）、控制芯片（10）；所述的返航控制系统（3）包括GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）、存储器（14）；
所述的太阳能电池膜（4）紧贴在黑匣子壳体（20）外表面；所述的磁线圈发电装置（5）设置于黑匣子壳体（20）内部并与黑匣子壳体（20）固定连接；所述的太阳能电池膜（4）与磁线圈发电装置（5）均与整流储能电路（6）连接，将产生的不稳定电流进行有效存储；所述的整流储能电路（6）与主控电路（7）连接，发电系统（1）通过主控电路（7）为飞行系统（2）、返航控制系统（3）、障碍识别模块（16）提供电力支持；
所述的电压控制模块（15）分别与整流储能电路（6）和控制芯片（10）连接，用于检测电量并将电量信息反馈至控制芯片（10）；所述的障碍识别模块（16）设置在黑匣子壳体（20）的四周和底部，并与主控电路（7）和控制芯片（10）连接，并将信息反馈至控制芯片（10）。
2.根据权利要求1所述的基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，其特征在于：所述的控制芯片（10）分别与所述的GPS定位模块（11）、电子罗盘（12）、气压计（13）和存储器（14）连接；所述的控制芯片（10）、电机装置（9）、旋翼装置（8）依次连接；所述的控制芯片（10）在接收到GPS定位模块（11）生成的坐标信息、电子罗盘（12）生成的方向识别信息以及气压计（13）生成的高度信息后，根据实时反馈的信息与所述存储器（14）中保存的初始坐标信息进行比较处理后，生成控制指令控制所述的电机装置（9），以驱动旋翼装置（8）按控制指令的方向飞行。
3.根据权利要求1所述的基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，其特征在于：所述的黑匣子数据模块（17）存储有飞行记录仪和话音记录仪的信息；所述的弹射装置（18）位于黑匣子壳体（20）下方；所述的气囊（19）设置在黑匣子壳体（20）上，且气囊（19）位置的设置要满足在黑匣子落水漂浮在水面时，旋翼装置（8）浮出水面以上。
4.根据权利要求1所述的基于自发电功能的自动返航黑匣子系统，其特征在于：所述的GPS定位模块（11）用于检测黑匣子的位置坐标并生成坐标信息；所述的电子罗盘（12）用于识别黑匣子的飞行方向并生成方向识别信息；所述的气压计（13）用于检测黑匣子的高度气压情况并生成高度信息；所述的存储器（14）用于存储返航目的地的位置坐标信息。
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