CN108037765A - 一种用于输电线路巡检的无人机避障系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，包括超声波传感器、第一处理器、第二处理器、毫米波雷达处理单元和视觉传感器，其中：第一处理器和第二处理器与无人机连接，实时发送障碍物信息，控制毫米波雷达处理单元、超声波传感器和视觉传感器进行障碍物实时测控，获得数字量返回数据，并转化为距离信息。该发明适应全天候巡检及无人机搭载，根据实际情况运用LTCC进行了小型化设计，并结合输电线路强电磁干扰环境做了隔离处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于输电线路巡检的无人机避障系统。
背景技术
近年来，我国国民经济的持续快速发展对我国电力工业提出了越来越高的要求。我国国土辽阔，地形复杂，丘陵及山区较多，气象条件复杂，为了实现安全、可靠的供电，迫切需求自动化、现代化的巡检技术手段。
目前，国网公司正逐步采用无人机技术来提高架空输电线路的运行效率和质量，无人机已成为电网巡检的重要技术手段。随着无人机巡检历程与采集输电线路信息量的增加，如何安全、有效、快速的进行输电线路信息采集，实现无人机的安全起降、飞行和安全策略处理成为了智能巡检亟需解决的问题。
然后目前具有的无人机避障系统存在以下问题：
不能全天候工作，识别场景受限；重量大，搭载以后大大降低巡检无人机的续航能力，甚至不能搭载；同时，电磁兼容能力差，受电力线干扰严重后不能正常工作。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，本发明可以抵抗电力线附近强电磁干扰，同时具有体积小重量轻，符合巡检无人机搭载条件的优点，同时能够在阴晴雨雾天气进行全天候工作，工作性能不受影响。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，包括超声波传感器、第一处理器、第二处理器、毫米波雷达处理单元和视觉传感器，其中：
第一处理器和第二处理器与无人机连接，实时发送障碍物信息，控制毫米波雷达处理单元、超声波传感器和视觉传感器进行障碍物实时测控，获得数字量返回数据，并转化为距离信息。
进一步的，第一处理器和第二处理器为整个系统的神经中枢，均可进行决策与数据处理，通过双口ram实现数据共享。
进一步的，第一处理器通过毫米波雷达处理单元与毫米波收发天线连接。
进一步的，系统设置有供电模块，实现对系统的供电，提供电能支持，系统上上电工作分两种唤醒模式，一为手动模式，二为串口唤醒模式。
进一步的，第一处理器和第二处理器与串口的连接处设置有隔离单元，在巡检过程中，串口是壁障系统的对外直接接触单元，所以在串口与第一处理器和第二处理器之间进行隔离处理。
进一步的，第一处理器和第二处理器连接有无线天线。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)集成视觉传感器、毫米波雷达处理单元、超声波传感器。视觉传感器在光线良好的情况下具有很高的测距精度，但在阴天及夜晚少光情况下，性能较差，不能准确测量；可见光不能波长较短，绕射能力差，不能绕过雨粒、雾粒，在雨雾天气下性能明显下降，鉴于此种情况，该系统积成了毫米波处理单元与天线，当FPGA主控单元检测到可见光检测数据较差时，即开启毫米波检测功能；而超声波模块适用于近距离检测状况，超声波是声波的一种传播速度慢，但是处理测量相对成熟，因此添加超声波检测模块加强系统的稳定性能；
(2)运用LTCC共烧陶瓷工艺三维空间的设计优势将相控阵列天线的处理单元、外部检测单元、等嵌入在基板的中间层或者埋入到LTCC腔体中，实现天线系统的集成化和小型化设计，显著减小其重量，降低无人机搭载时的功率消耗，增强其巡检续航性能；
(3)系统采用双FPGA公用双口ram处理模式，此种模式可将CPU处理性能提高2倍，同时两个FPGA模块将实时数据共同存与双口ram中，实现了数据共享与协助处理；
(4)基于电力巡检作业的强电磁干扰环境，采用内部隔离模块对对外通讯处理模块进行了隔离，在飞行过程中将通过外界通讯到达处理器内部的干扰降低到最低情况，以适应电力线巡检情况。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明工作原理图；
其中：1电源部分、2超声波传感器、3FPGA处理器、4双口Ram、5FPGA处理器、6毫米波雷达处理单元、7串口通讯单元、8通讯隔离系统、9视觉传感器、10无线通讯、11毫米波收发天线、12通讯天线。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不能全天候工作；识别场景受限；重量大，搭载以后大大降低巡检无人机的续航能力，甚至不能搭载；电磁兼容能力差，受电力线干扰严重后不能正常工作的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于输电线路巡检的无人机机载避障系统及方法，该装置的优势为：1、可抵抗电力线附近强电磁干扰。2、体积小重量轻，符合巡检无人机搭载条件；3、阴晴雨雾天气全天候工作，工作性能不受影响。4、在无可见光的情况下亦可工作。
本发明的一种用于输电线路巡检的无人机机载避障系统及方法包括：一种用于输电线路巡检无人机的机载避障系统，及输电线路巡检无人机避障解决方案。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，该输电线路巡检无人机避障系统由1电源部分、2超声波传感器、3FPGA处理器、4双口Ram、5FPGA处理器、6毫米波雷达处理单元、7串口通讯单元、8通讯隔离系统、9视觉传感器、10无线通讯、11毫米波收发天线、12通讯天线等组成。
1完成对系统的供电，提供电能支持，系统上上电工作分两种唤醒模式，一为手动模式，二为串口唤醒模式，第一种模式主要用于巡检员手动启动，第二种模式可用于在巡检员可控视野范围内通过数据发送关闭雷达电源，进而节省能量。1对系统功能后，3与5FPGA主控单元开始工作，工作内容分为两部分，一是通过串口或天线与无人机连接，实时发送障碍物信息，二是控制各个测控单元(包含2、6、9)进行障碍物实时测控，获得数字量返回数据，并转化为距离信息。
4为双口ram，3与5均与其相连，可实现数据的同时写入与读取。
8为隔离单元，在巡检过程中，串口是壁障系统的对外直接接触单元，所以在串口与FPGA之间进行隔离处理，该处理方式可以避免干扰源进入中控模块进而影响工作。
7与10分别为串口模块与无线通讯模块。可以实现雷达与无人机的有线或无线通讯连接，实现数据传递。
3与5均为FPGA主控单元，该单元为是整个系统的神经中枢，两个FPGA均可进行决策与数据处理，通过双口ram实现数据共享。
该输电线路巡检无人机避障系统集成视觉传感器、毫米波雷达处理单元、超声波传感器。视觉传感器在光线良好的情况下具有很高的测距精度，但在阴天及夜晚少光情况下，性能较差，不能准确测量；可见光不能波长较短，绕射能力差，不能绕过雨粒、雾粒，在雨雾天气下性能明显下降，鉴于此种情况，该系统积成了毫米波处理单元与天线，当FPGA主控单元检测到可见光检测数据较差时，即开启毫米波检测功能；而超声波模块适用于近距离检测状况，超声波是声波的一种传播速度慢，但是处理测量相对成熟，因此添加超声波检测模块加强系统的稳定性能。
为使该避障系统一机多用，在系统中添加两种通讯方式，串口通讯与无线通讯，在可以根据当前装机情况选择与无人机对接方式。
运用LTCC共烧陶瓷工艺三维空间的设计优势将相控阵列天线的处理单元、外部检测单元、等嵌入在基板的中间层或者埋入到LTCC腔体中，实现天线系统的集成化和小型化设计，显著减小其重量，降低无人机搭载时的功率消耗，增强其巡检续航性能。
系统采用双FPGA公用双口ram处理模式，此种模式可将CPU处理性能提高2倍，同时两个FPGA模块将实时数据共同存与双口ram中，实现了数据共享与协助处理。
基于电力巡检作业的强电磁干扰环境，采用内部隔离模块对对外通讯处理模块进行了隔离，在飞行过程中将通过外界通讯到达处理器内部的干扰降低到最低情况，以适应电力线巡检情况。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，其特征是：包括超声波传感器、第一处理器、第二处理器、毫米波雷达处理单元和视觉传感器，其中：
第一处理器和第二处理器与无人机连接，实时发送障碍物信息，控制毫米波雷达处理单元、超声波传感器和视觉传感器进行障碍物实时测控，获得数字量返回数据，并转化为距离信息。
2.如权利要求1所述的一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，其特征是：第一处理器和第二处理器为整个系统的神经中枢，均可进行决策与数据处理，通过双口ram实现数据共享。
3.如权利要求1所述的一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，其特征是：第一处理器通过毫米波雷达处理单元与毫米波收发天线连接。
4.如权利要求1所述的一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，其特征是：系统设置有供电模块，实现对系统的供电，提供电能支持，系统上上电工作分两种唤醒模式，一为手动模式，二为串口唤醒模式。
5.如权利要求1所述的一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，其特征是：第一处理器和第二处理器与串口的连接处设置有隔离单元，在巡检过程中，串口是壁障系统的对外直接接触单元，所以在串口与第一处理器和第二处理器之间进行隔离处理。
6.如权利要求1所述的一种用于输电线路巡检的无人机避障系统，其特征是：第一处理器和第二处理器连接有无线天线。
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