CN107231407A - 应用于小型机站的远程监测系统 - Google Patents

应用于小型机站的远程监测系统 Download PDF

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Abstract

应用于小型机站的远程监测系统，涉及无人机控制技术领域，解决现有无人机监测技术对无人机实现粗略引导，存在精确度低，无人机收容后造成对无人机结构造成的磨损，同时，存在无法检测外部环境对无人机造成影响等问题，包括主控制器、两个风速传感器、GPS信号模块、两组温湿度传感器、4G模块、WIFI模块、自锁模块和虹膜识别模块，本发明实现了和无人机的远程互联，通过虹膜识别技术和自锁模块实现了对机站自身安全的管理和监护。通过采用两组温湿度传感器实时监测外部环境变化，判断无人机是否适宜出仓；内部实时监测温度湿度，通过自动调节实现了内部温度湿度恒定，保证机站内环境适宜存储无人机的条件。

Description

应用于小型机站的远程监测系统
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种应用于小型机站的远程监测系统。
背景技术
目前，因为无人机技术的逐渐兴起，更多的人关注无人机市场。但与之匹配的小型机站却非常少，市面现有的成型的小型机站远程监测系统更少。而在已有的多数的系统中，功能多不完善。目前最为成熟的远程监测系统，拥有的传感器数量十分有限，同时只具备wifi远程传输信号，远程和无人机通信以及半自动收容无人机等功能。实际应用中，现有技术通过wifi连接无人机，实现对无人机粗略引导，由于精确度不够，收容后往往会对无人机造成磨损。而机站本身无法实现云传输，达不到真正意义上的远程监测。无法对外部环境变化监测，对于不同环境下是否适合无人机起飞无法做出判断。同时，由于没有对自身系统的监测，导致磨损和故障频发，修复成本很高。因此现有技术在实际应用中还远达不到用户所需标准。
发明内容
本发明为解决现有无人机监测技术对无人机实现粗略引导，存在精确度低，无人机收容后造成对无人机结构造成的磨损，同时，存在无法检测外部环境对无人机造成影响等问题，提供一种应用于小型机站的远程监测系统。
应用于小型机站的远程监测系统，包括主控制器、两个风速传感器、GPS信号模块、两组温湿度传感器、4G模块、WIFI模块、自锁模块和虹膜识别模块；
所述两个风速传感器分别设置在机站内部和外部，设置在机站内部的风速传感器通过用于判断无人机的桨叶是否旋转，设置在机站外部的风速传感器用于实时检测外部风速；
两组温湿度传感器分别设置在机站内部和外部，外部温湿度传感器用于监测机站外部环境的温度和湿度，内部温湿度传感器用于监测机站内部的温度和湿度，主控制器根据内部温湿度传感器实时采集内部温度和湿度值；
所述主控制器通过采集GPS模块的信号，实时传输机站位置，并将所述机站位置上传至云端远程监测系统；主控制器通过4G模块的信号实时传输机站内部温湿度传感器的数据；
所述WIFI模块用于与外部设备连接，实现远程控制和读出机站内部数据；
自锁模块设置在机站门处，当无人机出仓或收容完成时，主控制器启动自锁模块，将机站滑盖锁住；
虹膜识别模块设置在机站内部，用于维修人员的身份识别。
本发明的有益效果：本发明所述的监测系统，实现了和无人机的远程互联，并通过机站内部风速传感器实现对无人机准确降落的二次判断，充分保证了无人机和机站安全。通过虹膜识别技术和自锁模块实现了对机站自身安全的管理和监护。通过采用两组温湿度传感器实时监测外部环境变化，判断无人机是否适宜出仓；内部实时监测温度湿度，通过自动调节实现了内部温度湿度恒定，保证机站内环境适宜存储无人机的条件。通过内部摄像头监测，实时对机站内部关键机械部件监测，保证了机站的使用寿命和使用安全，在出现意外立即停止工作，并上传到云服务端，保证了无人机安全。而机站实时联网云端，保证了各项参数均可以远程监控，实现了真正意义的远程监控，并保证安全。
附图说明
图1为本发明所述的无人机出仓回仓的控制方法中机站的整体结构示意图；
图2为本发明所述的无人机出仓回仓的控制方法中机站的外壳结构示意图；
图3为本发明所述的无人机出仓回仓的控制方法中机站的升降装置结构示意图；
图4为本发明所述的无人机出仓回仓的控制方法中机站的归位装置结构示意图；
图5为本发明的无人机收容换电装置中机械手结构示意图；
图6为本发明的无人机收容换电装置中机械手夹持部分主视图；
图7为本发明的无人机收容换电装置中机械手夹持部分示意图；
图8为本发明所述的应用于小型机站的远程监测系统的原理框图。
其中：1、外壳，101、壳体，102、滑盖，103、滑台，104、电动滑轨，2、升降装置，201、升降平台，202、滑槽，203、丝杠电机，3、归位装置，301、归位杆，302、电动旋转平台，303、十字转杆，304、推杆，305、耳件，306、挡板，4、换电池装置，401、机械手，402、电池管家，403、机械手搭载平台，404、第一夹钳，405、第二夹钳，406、第一连接板，407、第二连接板，408、推杆，409、推板，410、外壳体，411、电动推杆，5、无人机。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图7说明本实施方式，本实施为应用于小型机站的远程监测系统中，机站的具体结构为：包括外壳1，所述外壳1包括壳体101和设置在壳体101上并相对壳体101滑动的滑盖102，所述壳体101上端相对位置设置有滑台103；
所述的滑盖102和所述壳体101滑动配合具体为：所述壳体101上端相对位置设置有电动滑轨104，所述滑盖102分为左右两部分，滑盖102的左右两部分的两端分别和相对设置的电动滑轨104滑动配合实现开合，
设置在所述外壳1内的升降装置2，所述升降装置2包括升降平台201和驱动升降平台201升降的升降驱动机构，所述升降平台201上开有十字型的滑槽202；
设置在升降平台201上的归位装置3，所述归位装置3包括设置在升降平台201上端面的四个归位杆301和设置在升降平台201下端面的归位驱动机构；四个归位杆301分别和升降平台201上的十字型的滑槽202的一端垂直设置，所述归位驱动机构穿过十字型的滑槽202的四端和四个归位杆301固定连接，通过归位驱动机构带动四个归位杆301向同步内或向外运动；
还包括控制器，所述控制器控制电动滑轨104、升降驱动机构和归位驱动机构运动。
本实施方式中，所述换电池装置4包括和所述壳体101上的滑台103滑动配合的机械手搭载平台403、固定设置在机械手401搭在平台下端的机械手401以及通过转动平台设置在升降平台201上端面的电池管家402；
本实施方式所述的归位驱动机构包括：固定在升降平台201下端面和十字型的滑槽202中心位置相对应的电动旋转平台302；
中心位置和所述电动旋转平台302固定连接的十字转杆303；
四个推杆304，所述四个推杆304的一端分别和十字转杆303的一个端部铰接，所述四个推杆304的另一端分别和一个耳件305铰接；
以及分别和四个耳件305连接的四个挡板306，所述四个挡板306分别穿过升降平台201上的滑槽202的四端和四个归位杆301固定连接。
本实施方式所述电动滑轨104结构为：将齿轮与电机输出轴固连，齿轮齿条与滑盖102固连，齿轮与齿条啮合，滑盖的侧缘与导轨上的滑块连接。动力来自于电机，利用齿轮齿条传动，通过控制电机，使滑盖可以在导轨上进行往复运动。
本实施方式所述的升降驱动机构包括丝杠电机203和丝杠，所述升降平台201分别和均匀分布的多个丝杠的一端螺纹连接，多个丝杠的另一端分别和一个丝杠电机203连接。
本实施方式所述的升降平台201为方形升降平台201，所述丝杠的数量为四个，分别和升降平台201的四角处配合。
本实施方式所述的机械手搭载平台403上设置有红外对管。对机械手搭载平台403提供定位保障，使偏差缩小到实现功能所能接受的范围内。红外对管利用红外线发射装置发射红外光束，当接收未检测到发出信号时，机械手搭载平台403在系统的控制下进行归位，当接收端检测到红外信号时，机械手搭载平台403停止运动，完成归位。
结合图5至图7说明本实施方式，所述机械手401包括：
固定在机械手搭载平台403下端面的外壳体410；
设置外壳体410内的推板409；
上端和推板409下端面铰接的第一连接板406和第二连接板407；
分别与第一连接板406和第二连接板407另一端铰接的第一夹钳404和第二夹钳405，所述第一夹钳404和第二夹钳405上端交叉铰接设置，铰接处设置有扭簧，并且两端和所述外壳体410连接，扭簧自然状态时，所述第一夹钳404和第二夹钳405处于夹紧状态，所述第一夹钳404和第二夹钳405下端位于外壳外部，所述第一连接板406、第二连接板407、第一夹钳404和第二夹钳405构成平行四边形机构；
一端和推板409上端面固定连接的推杆408，所述推杆408上端穿过外壳体410上端面和机械手搭载平台403；
以及固定在机械手搭载平台403上端面的电动推杆411，所述电动推杆411和所述推杆408上端配合驱动推杆408上下运动；
所述机械手右侧的L型杆件为触头，用于按动电池开关，焊在机械手401外壳体410上，该型号无人机的电池需要先短按，再长按启动，整个运动通过升降平台201的升降来完成。
本发明利用扭簧，使机械手401在未被驱动时，就处于夹紧状态。电动推杆工作时，机械手401处于放开状态。
具体实施方式二、结合图5说明本实施方式，本实施方式为对具体实施方式一中所述的机站的远程监测系统，包括主控制器、两组风速传感器、GPS信号模块、两组温湿度传感器、4G模块、WIFI模块、摄像头模块、自锁模块、和虹膜识别模块；
风速传感器一个安置在机站内部，通过采集风速传感器值判断无人机的桨叶是否旋转，以便于控制出仓回收等操作。另一个安置在机站外部，用于检测外部风速，判断是否无人机适合在当前天气条件下起飞。内部风速传感器值在3.0m/s～4.5m/s时，则可判断无人机桨叶旋转，如低于1.5m/s可判断桨叶停转。外部风速传感器值大于17m/s时，则无人机不可起飞。低于17m/s时，无人机可以正常起飞。
温湿度传感器在机站内部各外部各设置一个。外部温湿度传感器主要用于监测机站外部环境的温度和湿度，判断是否可以正常出仓。当外部温度低于阈值(-5℃)时，不适宜无人机飞行，机站则不会打开滑盖，不会使无人机起飞。内部温湿度传感器主要用于监测机站内部的温度和湿度。主控制器根据实时采集到的内部温度值，通过PID算法控制调节，配合制冷发热装置，实时保证机站内部温度处在合理阈值(10℃-20℃)范围内，以保护无人机和电池以及机站内部的电子设施正常工作。
GPS模块安置在机站内部，主控制器通过采集GPS信号，实时传输机站位置。主控制器也可上传至云端控制监测系统，该系统则可以实时监测机站位置。
4G模块信号安置在机站内部，主控制器通过4G信号实时传输机站内传感器数据。主控制器实时采集和分析4G信号的稳定程度，当信号较弱时，主控制器控制4G模块信号旋转以便找到最佳信号位置(3-5格信号)。
WIFI模块安置在机站内部，主要用于外部设备的接入，便于远程控制和读出机站内部数据，主要方便维护工作者的工作需要。
摄像头模块安置在机站内部，摄像头模块用于实时传输外部图像。当机站结构被外力强制破坏时，可以记录破坏人的头像或体貌特征，并实时联网上传至云端远程监测系统。主控制器通过SimpleCV算法优化处理图像数据，内部处理后将最高质量的图像上传至云端服务器监测系统。
自锁模块主要安置在机站门处，当出仓或收容完成时，自锁模块启动，将机站开口锁住。开锁的方式除了主控制器内部指令控制外，若想从外部开锁需要配套的一一对应的射频芯片。此模块在嵌入式系统的监测管理范围内，当机站出现意外或故障时，主控制器可以控制自锁模块锁定。
虹膜识别模块安置在机站内部，主要用于维修人员的身份识别。当虹膜身份确认时，自锁开关打开，以便于维修人员的维护。
本实施方式中，还包括LED显示屏，主控制器控制LED显示屏实时显示整合过的风速、温湿度数据等，LED显示屏上分布显示机站的安全情部(正常或故障)，GPS信息(经纬度的坐标)。
本实施方式中，机站内部还包括对内外部温湿度传感器、外部风速传感器数值的监测功能等。通过实时监测传感器数据的不同阈值，来判断机站或者传感器功能是否异常。若外部温湿度传感器或风速传感器数据过大(例如超过100℃或风速大于50m/s等)，主控制器判断传感器故障。此时主控制器控制机站相关电机，连动机械装置将机站封闭。同时启动自锁模块，主控制器控制其锁定，等待维修人员的到来。
本实施方式所述的主控制器为单片机。
本实施方式所述的监测系统搭载采用操作系统的主控制器，采集安装在机站内部的传感器数据，实时显示在机站屏幕上并进行机站动作前的校对和判断，同时上传数据至云端服务器控制监测系统，方便远程控制和监控，同时也方便维修人员的维护管理。

Claims (10)

1.应用于小型机站的远程监测系统，包括主控制器、两个风速传感器、GPS信号模块、两组温湿度传感器、4G模块、WIFI模块、自锁模块和虹膜识别模块，其特征是；
所述两个风速传感器分别设置在机站内部和外部，设置在机站内部的风速传感器通过用于判断无人机的桨叶是否旋转，设置在机站外部的风速传感器用于实时检测外部风速；
两组温湿度传感器分别设置在机站内部和外部，外部温湿度传感器用于监测机站外部环境的温度和湿度，内部温湿度传感器用于监测机站内部的温度和湿度，主控制器根据内部温湿度传感器实时采集内部温度值；
所述主控制器通过采集GPS模块的信号，实时传输机站位置，并将所述机站位置上传至云端远程监测系统；主控制器通过4G模块的信号实时传输机站内部温湿度传感器的数据；
所述WIFI模块用于与外部设备连接，实现远程控制和读出机站内部数据；
自锁模块设置在机站门处，当无人机出仓或收容完成时，主控制器启动自锁模块，将机站滑盖锁住；
虹膜识别模块设置在机站内部，用于维修人员的身份识别。
2.根据权利要求1所述的应用于小型机站的远程监测系统，其特征在于，内部风速传感器值大于3.0m/s，主控制器判断无人机桨叶为旋转状态，内部风速传感器值小于1.5m/s，主控制器判断无人机桨叶为停转状态；外部风速传感器值大于17m/s时，则控制无人机不起飞，外部风速传感器值小于等于17m/s时，控制无人机正常起飞。
3.根据权利要求1所述的应用于小型机站的远程监测系统，其特征在于，当外部温湿度传感器检测的外部温度低于-5℃时，主控制控制自锁模块锁定，机站顶部的滑盖不会打开，不会使无人机起飞。
4.根据权利要求1所述的应用于小型机站的远程监测系统，其特征在于，GPS模块、4G模块、WIFI模块和虹膜识别模块均设置在机站内部且与主控制器连接通信。
5.根据权利要求1所述的应用于小型机站的远程监测系统，其特征在于，所述主控制器还用于实时采集和分析4G模块信号的稳定程度，当信号较弱时，主控制器控制旋转4G模块寻找最佳信号位置。
6.根据权利要求1所述的应用于小型机站的远程监测系统，其特征在于，还包括摄像头模块，所述摄像头模块设置在机站内部并与主控制器连接，所述摄像头模块将外部图像实时上传至云端远程监测系统，主控制器对外部图像进行处理后上传至云端远程监测系统。
7.根据权利要求1所述的应用于小型机站的远程监测系统，其特征在于，机站内部还包括对内部温湿度传感器、外部温湿度传感器、外部风速传感器数值的监测系统；通过实时监测各传感器数据的不同值，判断机站或者各传感器功能是否异常，
若外部温湿度传感器值超过100℃或外部风速传感器数值大于50m/s，主控制器判断外部温湿度传感器或外部风速传感器故障，主控制器控制机站内部电机，连动机械装置将机站封闭；同时启动自锁模块，主控制器控制自锁模块锁定。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于小型机站的远程监测系统的机站，其特征是，包括外壳(1)，所述外壳(1)包括壳体(101)和设置在壳体(101)上并相对壳体(101)滑动的滑盖(102)，所述壳体(101)上端相对位置设置有滑台(103)；
所述壳体(101)上端相对位置还设置有电动滑轨(104)，所述滑盖(102)分为左右两部分，滑盖(102)的左右两部分的两端分别和相对设置的电动滑轨(104)滑动配合实现开合；
设置在所述外壳(1)内的升降装置(2)，所述升降装置(2)包括升降平台(201)和驱动升降平台(201)升降的升降驱动机构，所述升降平台(201)上开有十字型的滑槽(202)；
设置在升降平台(201)上的归位装置(3)，所述归位装置(3)包括设置在升降平台(201)上端面的四个归位杆(301)和设置在升降平台(201)下端面的归位驱动机构；四个归位杆(301)分别和升降平台(201)上的十字型的滑槽(202)的一端垂直设置，所述归位驱动机构穿过十字型的滑槽(202)的四端和四个归位杆(301)固定连接，通过归位驱动机构带动四个归位杆(301)向同步内或向外运动；
还包括控制器，所述控制器控制电动滑轨(104)、升降驱动机构和归位驱动机构运动。
9.根据权利要求8所述的机站，其特征在于，还包括换电池装置(4)，所述换电池装置(4)设置在升降平台(201)上，
所述换电池装置(4)包括和所述壳体(101)上的滑台(103)滑动配合的机械手搭载平台(403)、固定设置在机械手(401)搭在平台下端的机械手(401)以及通过转动平台设置在升降平台(201)上端面的电池管家(402)。
10.根据权利要求9所述的无人机出仓回仓的控制系统，其特征在于，所述机械手(401)包括：
固定在机械手搭载平台(403)下端面的外壳体(410)；
设置外壳体(410)内的推板(409)；
上端和推板(409)下端面铰接的第一连接板(406)和第二连接板(407)；
分别与第一连接板(406)和第二连接板(407)另一端铰接的第一夹钳(404)和第二夹钳(405)，所述第一夹钳(404)和第二夹钳(405)上端交叉铰接设置，铰接处设置有扭簧，并且两端和所述外壳体(410)连接，扭簧自然状态时，所述第一夹钳(404)和第二夹钳(405)处于夹紧状态，所述第一夹钳(404)和第二夹钳(405)下端位于外壳外部，所述第一连接板(406)、第二连接板(407)、第一夹钳(404)和第二夹钳(405)构成平行四边形机构；
一端和推板(409)上端面固定连接的推杆(408)，所述推杆(408)上端穿过外壳体(410)上端面和机械手搭载平台(403)；
以及固定在机械手搭载平台(403)上端面的电动推杆(411)，所述电动推杆(411)和所述推杆(408)上端配合驱动推杆(408)上下运动。
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