CN108594892A - 一种高空气球运行控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高空气球控制技术领域，提供一种高空气球运行控制装置，包括控制板以及吊装在高空气球下方的安装盒；所述安装盒设置有投放仓，所述投放仓内设置有配重，且所述配重的重力支撑于所述投放仓的仓盖上，所述控制板根据所述高空气球所处的条件控制所述仓盖的开闭。本发明的高空气球运行控制装置，由于控制板可以根据高空气球所处条件控制仓盖开闭，进而在必要情况下可以实现配重的投放。该种高空气球运行控制装置可以用于实现高空气球的净举力平衡调整，使得高空气球平衡高度得到提升。

Description

一种高空气球运行控制装置

技术领域

本发明涉及高空气球控制技术领域，尤其涉及一种高空气球运行控制装置。

背景技术

高温气球有很多种，以气象气球为例，其实探测空中气象普遍采用的一种运载工具，不仅用于气象部门进行气象要素探测，提供气象保证条件，而且是部队执行航天、航空、航海等国防科研和军事行动任务时所必不可少的气象测试手段。目前气象气球存在的问题是：不容易实现气象气球的净举力平衡调整，进而气球平衡高度无法得到提升。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种高空气球运行控制装置，解决现有技术中存在的不容易实现高空气球的净举力平衡调整，进而气球平衡高度无法得到提升的问题。

为了实现该目的，本发明提供了高空气球运行控制装置，包括控制板以及吊装在高空气球下方的安装盒；所述安装盒设置有投放仓，所述投放仓内设置有配重，且所述配重的重力支撑于所述投放仓的仓盖上，所述控制板根据所述高空气球所处的条件控制所述仓盖的开闭。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的高空气球运行控制装置，由于控制板可以根据高空气球所处条件控制仓盖开闭，进而在必要情况下可以实现配重的投放。该种高空气球运行控制装置可以用于实现高空气球的净举力平衡调整，使得高空气球平衡高度得到提升。

除此以外，该种高空气球运行控制装置，其还可以满足非平衡态向平衡态调整、气球漏气应对、太阳辐射影响消除等自适应控制功能。

优选的，所述高空气球运行控制装置还包括定位单元，用于获取所述高空气球的位置信息，并将所述位置信息发送给所述控制板，所述控制板根据所述位置信息控制所述仓盖的开闭。

优选的，所述高空气球运行控制装置还包括近程通信模块，用于连接高空气球的探空仪和控制板，并将所述探空仪获取的高空气球位置信息发送给所述控制板，所述控制板根据所述位置信息控制所述仓盖的开闭。

优选的，所述投放仓的数量为多个，各个所述投放仓内均设置有所述配重。

优选的，所述配重为细沙。

优选的，所述仓盖通过第一线绳闭合于所述投放仓的底部，所述安装盒内还设置有第一加热单元，所述控制板控制所述第一加热单元对所述第一线绳进行加热，当所述第一线绳熔断时所述仓盖开启。

优选的，所述探空仪通过第二线绳固定在所述安装盒底端，所述控制板根据所述位置信息控制所述第二线绳的断开。

优选的，所述安装盒内还设置有温度传感器和第二加热单元，所述温度传感器用于监测所述安装盒内的温度值，并将所述温度值发送给所述控制板，所述控制板根据所述温度值控制所述第二加热单元的工作。

优选的，所述安装盒通过第三线绳固定在所述高空气球底端，所述控制板根据所述高空气球所处的条件控制所述第三线绳的断开。

优选的，所述高空气球为气象气球或者热气球。

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是实施例的高空气球运行控制装置的结构示意图；

图2是实施例的第一加热单元的工作原理示意图；

图3是实施例的仓盖与投放仓的连接结构示意图(一)；

图4是实施例的仓盖与投放仓的连接结构示意图(二)；

图中：1、安装盒；2、控制板；3、第一加热单元；4、投放仓；5、仓盖；6、第一线绳；7、发热体；8、配重；9、第四线绳。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例的高空气球运行控制装置，请参见图1，包括控制板2以及吊装在高空气球下方的安装盒1；所述安装盒1设置有投放仓4，所述投放仓4内设置有配重8，且所述配重8的重力支撑于所述投放仓4的仓盖5上，所述控制板2控制根据所述高空气球所处的条件控制所述仓盖5的开闭。

本实施例的高空气球运行控制装置，由于控制板2可以根据高空气球所处条件控制仓盖5开闭，进而在必要情况下可以实现配重8的投放。该种高空气球运行控制装置可以用于实现高空气球的净举力平衡调整，使得气球平衡高度得到提升。

除此以外，该种高空气球运行控制装置，其还可以满足非平衡态向平衡态调整、气球漏气应对、太阳辐射影响消除等自适应控制功能。

其中，高空气球运行控制装置惯常配合三维定位信息、速度、加速度信息等条件因素控制仓盖5开闭。

其中，当高空气球运行控制装置根据高空气球的三维定位信息控制仓盖5的开闭的时候，高空气球运行控制装置还包括定位单元。其中，定位单元用于获取所述高空气球的位置信息，并将所述位置信息发送给所述控制板2，所述控制板2根据所述位置信息控制所述仓盖5的开闭。优选但是不必须定位单元为GNSS(全球导航卫星系统)模块，其可以通过自身直接获取高空气球的位置信息。

本实施例的高空气球运行控制装置，其除了通过定位单元获取高空气球的位置信息之外，还可以通过设置近程通信模块获取探空仪测得的高空气球的位置信息。具体的，近程通信模块(其中近程通信模块可以基于400MHz、ZigBee低功耗局域网协议工作)，其可以获取探空仪中的中定位信息，并将定位信息发送给控制板2。在此基础上，控制板2可以根据高空气球的飞行轨迹制定自适应的控制策略，从而控制携带的配重8。

此方案中，近程通信模块接收探空仪发射的无线电数据，然后把此数据发送至控制板2。控制板2分析出所需的要素，从而控制携带的配重8。其中，根据不同的无线传输载体和不同的通信协议，近程通信模块和探空仪之间的通信方式又可以包括以下多种情况：

(1)近程通信模块通过400MHz无线电接收模块与探空仪之间进行通信。因探空仪下发至地面的无线电波为400MHz频段，该情况下近程通信模块利用400MHz无线电接收模块直接接收探空仪下发的数据包。由于数据包内是含有探空仪的实时定位信息的，因此控制板2接收近程通信模块的数据包之后，可以根据实时定位信息控制仓盖5的开闭，进而控制高空气球的净举力平衡调整。

(2)近程通信模块基于Zigbee协议的定位信息获取方案。此方案中，在探空仪及近程通信模块内部同时装有基于Zigbee协议的无线通信模块。探空仪利用此基于Zigbee协议的无线通信模块将自身定位信息发出，而近程通信模块通过另一基于Zigbee协议的无线通信模块将探空仪发出的定位信息进行接收。该种情况下，控制板2接收近程通信模块的定位信息之后，可以根据实时定位信息控制仓盖5的开闭，进而控制高空气球的净举力平衡调整。

(3)近程通信模块基于基于蓝牙通信的定位信息获取方案。此方案与方案(2)类似，在探空仪及近程通信模块内部同时装有基于蓝牙通信的无线通信模块。探空仪利用此基于蓝牙通信的无线通信模块将自身定位信息发出，而近程通信模块通过另一基于蓝牙通信的无线通信模块将探空仪发出的定位信息进行接收。控制板2接收近程通信模块的定位信息之后，可以根据实时定位信息控制仓盖5的开闭，进而控制高空气球的净举力平衡调整。

(4)近程通信模块基于2.4GH z频段无线通信的定位信息获取方案。此方案与方案(2)类似，在探空仪及近程通信模块内部同时装有基于2.4GHz频段的无线通信模块。探空仪利用此基于2.4GHz频段的无线通信模块将自身定位信息发出，而近程通信模块利用同样的另一个基于2.4GHz频段的无线通信模块将探空仪发出的定位信息进行接收。

本实施例中，投放仓4数量优选为多个，从而当高空气球面临不同条件的时候，可以通过逐个投放不同投放仓4中的配重8，达到调整高空气球净举力平衡的目的。并且，每个投放仓4中可以设置相同或者不同的配重8。当不同投放仓4中配重8不同的时候，打开不同的投放仓4可以实现不同的控制效果。

优选但是不必须配重8为细沙，进而随着细沙从投放仓4落入高空中，其对环境几乎不存在污染。

本实施例中，投放仓4设置在安装盒1本体的下方，当然其不构成对本申请的限制。其中，投放仓4只要满足放置配重8以及投放的配重8需求即可。

其中，控制板2控制仓盖5的形式不受限制。例如，仓盖5可以为电控形式，从而当控制板2向仓盖5发送电控信号的时候，控制仓盖5打开。

本实施例中，控制板2还可以通过其它形式控制仓盖5开闭。

例如，仓盖5通过第一线绳6闭合于所述投放仓4的底部，所述安装盒1内还设置有第一加热单元3，所述控制板2控制所述第一加热单元3对所述第一线绳6进行加热，当所述第一线绳6熔断时所述仓盖5开启。当然，除了采用高温熔断第一线绳6，还可以采用剪刀或者刀片等割断第一线绳6。其中，剪刀或者刀片等的割断动作受控制板2控制。

请参见图2，所述第一加热单元3的发热体7靠近所述第一线绳6设置，以使得所述发热体7可以熔断所述第一线绳6。其中，第一加热单元3的发热体7优选但是不必须为发热电阻丝，从而当发热电阻丝通入电流并升温之后，可以熔断第一线绳6。

当然，除了采用发热体7对第一线绳6进行加热，也可以直接将第一线绳6接入第一加热单元3。例如，当第一线绳6本身作为第一加热单元3的发热体7的时候，此时第一加热单元3工作的时候，可以熔断第一线绳6。

其中，第一线绳6与仓盖5之间的连接形式不限。

例如，图3中，所述仓盖5中的中心位置通过所述第一线绳6吊挂在所述投放仓4的底部。该种情况下，当第一线绳6熔断之后，那么仓盖5会落入大气中。该种仓盖5与投放仓4之间的连接方式简单，可以降低成本。

图4中，所述仓盖5的一侧与所述投放仓4铰接，所述仓盖5的另一侧通过所述第一线绳6与所述投放仓4固定。该种情况下，即使第一线绳6熔断，但是由于仓盖5一侧铰接于投放仓4上，进而仓盖5不会落入大气，可以避免仓盖5带来的环境污染。并且，图4中，仓盖5通过第四线绳9与投放仓铰接，应当理解的是，其不构成对本申请当中仓盖安装铰接方式的限制。

本实施例中，优选安装盒1为泡沫盒，因为泡沫盒具有较好的保温效果，因此将控制板2安装在该泡沫盒内的时候，可以给控制板2提供一个较好的工作环境。当然，除了采用泡沫盒的形式之外，不管何种形式的安装盒1，只要将控制板2安装在该安装盒1内部而非外部，那么理论上安装盒1都能一定程度上保证控制板2的工作环境。

在此基础上，为了保证控制板2处于适宜的温度环境，在安装盒1内还设置有温度传感器和第二加热单元。温度传感器用于监测所述安装盒1内的温度值，并将所述温度值发送给所述控制板2，所述控制板2根据所述温度值控制所述第二加热单元的工作。例如，当温度传感器监测到控制板2所处温度过低的时候，那么控制板2控制第二加热单元工作，以提高安装盒1内的温度；反之，当温度传感器监测到控制板2所处温度较高时，那么控制板2控制第二加热单元停止工作。

其中，温度传感器优选但是不必须采用板载温度传感器，从而可以将该板载温度传感器安装在控制板2上。

本实施例中，当高空气球运行控制装置携带有探空仪的时候，可以将探空仪通过第二线绳固定在所述安装盒1底端。该种情况下，控制板2可以根据高空气球的位置信息控制第二线绳的通断。进而，当高空气球所处条件需要的时候，可以通过控制第二线绳的断裂投放探空仪。同样的，第二线绳的断裂可以采用上述提到的采用加热单元熔断的方式，当然也可以采用其它方式。例如，可以采用电控的剪刀剪断第二线绳。

当然，为了实现探空仪的投放，除了以上方式之外，还可以采用其它的方式。例如，变更探空仪在安装盒1上的固定方式，例如当探空仪直接通过安装板固定在安装盒1上的时候，那么控制板2可以通过控制安装板以实现投放探空仪的目的。

其中，探空仪可以连接降落伞，从而当探空仪从高空气球运行控制装置中脱落之后，通过降落伞可以将探空仪搭载至地面，进而便于后续获取探空仪的相关数据。

除此以外，安装盒1优选但是不必须通过第三线绳固定在所述高空气球底端，所述控制板2根据所述高空气球所处的条件控制所述第三线绳的断开。从而，当高空气球满足规定时间、规定高度、规定区域、紧急空域安全保障等情况下，通过断开第三线绳进行放弃气球的主动干预行动。其中，可以通过控制板2控制第三加热单元，进而通过加热第三加热单元熔断第三线绳。

本实施例的高空气球运行控制装置，其还包括电源变换单元和电池组。电池组输出的电源经电源变换单元转换后为整个高空气球运行控制装置供电。其中，电池组可以由一块或多块大容量功率型电池组成。

本实施例中，主控板优选但是不必须包括微控制器。优选微控制器包括一个SPI接口、一个UART串口、一路A/D转换通道及多个GPIO接口。微控制器通过SPI接口或者UART串口连接定位单元，通过A/D转换通道连接板载温度传感器，通过GPIO接口连接加热单元。其中，加热单元包括上文提到的第一加热单元3、第二加热单元和第三加热单元。并且，加热单元可以由电子开关和加热器件(例如加热电阻丝)组成。微控制器通过电子开关控制流过加热器件的电流。当加热器件流过一定强度的电流时，会导致加热器件本身在短时间内迅速升高至很高的温度，进而第一线绳6、第二线绳或第三线绳局部会由于集中的高热导致熔断。加热器件优选但是不必须采用高电阻率的合金材料电阻丝，具有抗氧化、耐高温、不易折断等优点。

例如，当满足规定时间、规定高度、规定区域、紧急空域安全保障等情况下，进行放弃气球的主动干预行动。

本实施例中，高空气球可以为气象气球或者热气球。具体不受限制。

本实施例还提供一种气象气球，其包括有以上提到的高空气球运行控制装置，也即包括气象气球运行控制装置。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高空气球运行控制装置，其特征在于，包括控制板以及吊装在高空气球下方的安装盒；所述安装盒设置有投放仓，所述投放仓内设置有配重，且所述配重的重力支撑于所述投放仓的仓盖上，所述控制板根据所述高空气球所处的条件控制所述仓盖的开闭。

2.根据权利要求1所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述高空气球运行控制装置还包括定位单元，用于获取所述高空气球的位置信息，并将所述位置信息发送给所述控制板，所述控制板根据所述位置信息控制所述仓盖的开闭。

3.根据权利要求1所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述高空气球运行控制装置还包括近程通信模块，用于连接高空气球的探空仪和控制板，并将所述探空仪获取的高空气球位置信息发送给所述控制板，所述控制板根据所述位置信息控制所述仓盖的开闭。

4.根据权利要求1所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述投放仓的数量为多个，各个所述投放仓内均设置有所述配重。

5.根据权利要求1所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述配重为细沙。

6.根据权利要求1所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述仓盖通过第一线绳闭合于所述投放仓的底部，所述安装盒内还设置有第一加热单元，所述控制板控制所述第一加热单元对所述第一线绳进行加热，当所述第一线绳熔断时所述仓盖开启。

7.根据权利要求3所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述探空仪通过第二线绳固定在所述安装盒底端，所述控制板根据所述位置信息控制所述第二线绳的断开。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述安装盒内还设置有温度传感器和第二加热单元，所述温度传感器用于监测所述安装盒内的温度值，并将所述温度值发送给所述控制板，所述控制板根据所述温度值控制所述第二加热单元的工作。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述安装盒通过第三线绳固定在所述高空气球底端，所述控制板根据所述高空气球所处的条件控制所述第三线绳的断开。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的高空气球运行控制装置，其特征在于，所述高空气球为气象气球或者热气球。