CN108594844A - 一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其包括：可将无人机遥控器信号与异步收发传输器信号进行相互转换的信号转换模块；通过软件方式进行信号数据解析和传输的嵌入式Linux模块包括检测模块和重构模块；检测模块解析无人机测距传感器检测到的距离信息并将其解析结果输出至重构模块；重构模块根据解析结果将通用异步收发传输器信号进行重构后传输回信号转换模块。该系统可适用于任意的测距传感器，应用范围广；一方面，可兼容测量速度较慢的测距传感器而不会造成信号传输的滞后，通过软件方式进行信号数据交互，避免造成数据丢失；一方面，可预先设置避障阀值实现无人机自主飞行并自动避障。
Description
技术领域
本发明涉及无人机智能飞行避障技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统。
背景技术
随着无人机在农业植保、电力巡线和地质测绘等工业领域的广泛应用，无人机的安全作业问题越来越受到关注。无人机可以在作业过程中自主避障，将有效防止碰撞产生的坠机事故，是保证无人机安全作业的重要方面。
现有技术的无人机自主避障系统，如一种多适配性的无人机自主避障系统（201610548494 .6）中未指明测距传感器与信号处理单元的工作方式，当使用测量速度较慢的视觉传感器时，会导致信号处理滞后，无法保证信号处理的实时性，进而无法实现自主避障功能。又如一种基于超声波距离测量的无人机避障系统及其控制方法（201510205593.X）中其避障功能的实现需要使用专用的超声波测距传感器和飞行控制模块，通用性不强，且局限性很大，无法兼容任意的测距传感器。
综上，有必要开发一种通用的可适配任意传感器和飞控模块的智能避障系统，以适用于各类无人机的自主飞行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，解决现有技术的自主避障系统无法适配于各类无人机的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其可包括：
信号转换模块，将接收到的所述无人机遥控器的遥控器信号转换为通用异步收发传输器信号输出，同时再将重构后的通用异步收发传输器信号转换为所述无人机飞控系统可执行的遥控器信号；
嵌入式Linux模块，由检测模块和重构模块构成；
所述检测模块解析所述无人机测距传感器检测到的距离信息并将其解析结果输出至所述重构模块；
所述重构模块根据所述解析结果将所述信号转换模块输出的所述通用异步收发传输器信号进行重构后传输回所述信号转换模块。
在可选的实施例中，所述信号转换模块基于现场可编程门阵列技术实现信号相互转换功能。
在可选的实施例中，所述遥控器信号包括脉冲宽度调制信号和串行通信协议信号。
在可选的实施例中，所述信号相互转换过程中不改变所述信号的频率。
在可选的实施例中，所述检测模块通过软件方式进行传输所述解析后的测距数据。
在可选的实施例中，所述检测模块通过硬件接口外接测距传感器。
在可选的实施例中，所述测距传感器为高清摄像头。
在可选的实施例中，所述基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统在使用前可根据实际需要进行避障阀值的设定。
在可选的实施例中，所述避障阀值根据所述无人机与飞行过程中前方的障碍物的距离不同分设为远、适中、近三个阀值。
在可选的实施例中，所述重构模块根据检测到的实际距离比对所述各避障阀值后重构出对应的不同的遥控器信号发送至所述飞控系统，以使得所述无人机执行对应的避障动作。
在可选的实施例中，所述基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统适配于目前市面上90%的遥控器、测距传感器和飞控系统。综上可知，本发明实施例的有益效果在于：本发明的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，一方面，可适用于任意的测距传感器，应用范围广；一方面，可兼容测量速度较慢的测距传感器而不会造成信号传输的滞后，通过软件方式进行信号数据交互，避免造成数据丢失；一方面，可预先设置避障阀值实现无人机自主飞行并自动避障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统的一个实施例的工作原理示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
本发明的实施例提供一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其具体的工作原理如图1所示，包括：
信号转换模块1，可将通过无人机内的接收机3接收无人机遥控器发出的遥控器信号并将其转换为Uart（通用异步收发传输器）信号输出，同时再将重构后的Uart信号转换为无人机飞控系统4可执行的遥控器信号；
嵌入式Linux模块2，由重构模块21和检测模块22构成；
其中，检测模块22解析无人机测距传感器5检测到的距离信息并将其解析结果输出至重构模块21；
其中，重构模块21根据接收到的距离信息解析结果将信号转换模块1输出的Uart信号进行重构后传输回信号转换模块1。
实施例一：
作为举例，本实施例选取当前市场上较为普及和先进的Futaba 10通道遥控器和接收机，接收机接收到的遥控器信号为SBUS信号（串行通信协议信号），波特率100000，数据位9，偶校验，2停止位。嵌入式Linux模块2可以使用市场上通用的Arm核开发板，也可自制（要求支持多进程编程）。
进一步，信号转换模块1采用FPGA（现场可编程门阵列）技术将SBUS信号转换为波特率115200，数据位8，无奇偶校验，1停止位，通过Uart串口传输给嵌入式Linux模块2。在此转换过程中，信号的频率不会被改变。使用FPGA转换信号，具有快速稳定的优点，可以保证数据的实时性和可靠性。
进一步，重构模块21对信号转换模块1传入的Uart信号进行解析，获取所有的遥控器通道值。其中一个通道负责打开和关闭避障功能。如果该通道值为0则表示避障功能关闭，则重构模块21不做任何操作，直接将接收到Uart信号发送至飞控系统4；如果该通道值为1表示避障功能打开，则重构模块21同时接收检测模块22传入的障碍物距离信息。在无人机进行飞行前，在本避障系统中设置有三个距离阈值：远距离阈值F，中距离阈值M和近距离阈值C。根据障碍物距离信息不同，重构模块21对遥控器通道值的重构方式分为以下几种：
（1）障碍物距离大于F，表明障碍物很远，不需要进行避障。重构模块21将接收到的Uart信号不做更改直接发送至飞控系统4；
（2）障碍物距离在M和F之间，表明障碍物距离较远，需要准备进行避障。重构模块21将接收到的Uart信号中负责前进的通道值改为减速信号发送至飞控系统，使无人机开始减速；
（3）障碍物距离在C和M之间，表明障碍物距离较近，需要避障。重构模块21将接收到的Uart信号中负责前进的通道值改为中位值并发送遥控器信号至飞控系统4，使无人机悬停。
（4）障碍物距离小于C，表明障碍物很近，需要紧急避障。重构模块将接收到的Uart信号中负责前进的通道值改为后退信号发送至飞控系统4，使无人机开始后退。
以上四种方式中，方式（2）~（4）仅对负责前进的通道值进行修改，如果飞控手的操作为后退，则不进行修改，保证了人工避障的有效性。同时对其它通道值不做任何修改。在保障无人机不会继续前进与障碍物发生碰撞的前提下，保留了其它所有功能，飞控手可以做其它的任何飞行操作。
进一步，与重构模块21并行执行的是检测模块22。检测模块22通过 USB3.0接口连接有双目摄像头进行测距。双目摄像头具有测量范围广，测量距离长的优点，720P分辨率以上的摄像头可以有效测量20m距离，保证无人机的飞行安全，适合工业应用。检测模块22在测量完一帧图像后，将测距信息发送到重构模块21，同时从重构模块21获取当前的避障状态信息，避障状态信息和测距信息可以显示在图像上，使用图像传输硬件回传到地面站监视器，飞控手可以通过监视器看到这些信息。
进一步，通过重构模块21重构后的Uart信号需要先发送至信号转换模块1，再由信号转换模块1将Uart信号转换为SBUS信号发送至飞控系统4。
本实施例中仅举例说明了如何将SBUS信号（串行通信协议信号）转换为Uart信号并重构，当然，在其他实施例中，本发明的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统还可以将PWM信号（脉冲宽度调制信号）转换为Uart信号并重构，与转换SBUS信号的原理和流程一致。
实施例二:
针对一些飞控系统4可支持自主规划无人机航线，使无人机按照既定航线自主飞行。在该种飞行模式下，遥控器的操作指令无效。要使无人机切换到自主飞行必须通过遥控器或地面站软件发送指令实现。
对于通过遥控器发送指令实现的自主飞行模式，实施例一中可以解析出发送指令的遥控器通道值，当无人机需要避障时，可以修改该通道值为飞控手操作模式，使得重构后的信号依然生效。
对于通过地面站软件全权控制的自主飞行模式，实施例一中可以在地面站和飞控系统的数传模块间使用信号转换模块，通过对地面站控制信号的转换、解析和重构，也可以达到避障的目的。
当然，在其他实施例中的接收机不限于Futaba，可以是其它品牌的接收机。
当然，在其他实施例中的嵌入式Linux模块不限于Arm芯片开发板，凡是支持多进程编程的芯片均可使用。
当然，在其他实施例中的测距传感器不限于双目传感器，包括所有的无人机机载测距传感器：如超声波传感器、毫米波雷达传感器、激光传感器等。通讯协议可以是USB协议、串口协议、I2C协议、以太网协议等。
当然，在其他实施例中为了实现避障功能，需要获取和更改遥控器通道值，需要获取和更改的遥控器通道号并非固定，可以由用户自定义。
通过上述说明可知，本发明的有益效果在于：本发明的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，一方面，可适用于任意的测距传感器，应用范围广；一方面，可兼容测量速度较慢的测距传感器而不会造成信号传输的滞后，通过软件方式进行信号数据交互，避免造成数据丢失；一方面，可预先设置避障阀值实现无人机自主飞行并自动避障。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (11)
1.一种基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，包括：
信号转换模块，将接收到的所述无人机遥控器的遥控器信号转换为通用异步收发传输器信号输出，同时再将重构后的通用异步收发传输器信号转换为所述无人机飞控系统可执行的遥控器信号；
嵌入式Linux模块，由检测模块和重构模块构成；
所述检测模块解析所述无人机测距传感器检测到的距离信息并将其解析结果输出至所述重构模块；
所述重构模块根据所述解析结果将所述信号转换模块输出的所述通用异步收发传输器信号进行重构后传输回所述信号转换模块。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述信号转换模块基于现场可编程门阵列技术实现信号相互转换功能。
3.根据权利要求2所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述遥控器信号包括脉冲宽度调制信号和串行通信协议信号。
4.根据权利要求3所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述信号相互转换过程中不改变所述信号的频率。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述检测模块通过软件方式进行传输所述解析后的测距数据。
6.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述检测模块通过硬件接口外接测距传感器。
7.根据权利要求6所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述测距传感器为高清摄像头。
8.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统在使用前可根据实际需要进行避障阀值的设定。
9.根据权利要求8所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述避障阀值根据所述无人机与飞行过程中前方的障碍物的距离不同分设为远、适中、近三个阀值。
10.根据权利要求9所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述重构模块根据检测到的实际距离比对所述各避障阀值后重构出对应的不同的遥控器信号发送至所述飞控系统，以使得所述无人机执行对应的避障动作。
11.根据权利要求1所述的基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统，其特征在于，所述基于嵌入式Linux多进程编程的无人机自主避障系统适配于目前市面上90%的遥控器、测距传感器和飞控系统。
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