CN111547235A - 多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统 - Google Patents

多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能发电以及多轴飞行器领域，具体涉及了一种多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，旨在解决传统无人机电池续航能力低，而现有太阳能辅助供电无人机单位时间内转化的电量不足的问题。本发明包括：通过倾角控制机构调整太阳能板光源采集面与光源光线的角度，使其大于设定阈值，采集光能并转化为电能；蓄电池，存储电能并为无人机电源充电；控制单元，控制太阳能辅助供电系统开启或关闭，生成太阳能板倾角调整信息；通信模块，获取无人机电源电量及飞行状态参数。本发明利用太阳能辅助无人机供电，同时检测周围环境光源、调整光源采集角度、增加光照时间，延长了多旋翼无人机续航时间，可用于远距离飞行、大范围巡逻监测等领域。

Description

多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统
技术领域
本发明属于太阳能发电以及多轴飞行器领域，具体涉及了一种多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统。
背景技术
多旋翼无人机作为微型无人机的一类，近年来越来越受到人们的关注，同时也承担起越来越多的野外作业任务，然而限于无人机的续航能力，进行大规模、长时间作业时需频繁更换电池，有效作业时间短，影响了无人机野外作业的完成效率。
太阳能是自然界中一种干净可再生的能源，太阳能光伏发电是通过光电效应将太阳能转化为电能，近年来，光伏发电技术得到飞速的发展，可通过将多旋翼无人机与太阳能发电技术结合，提高无人机的续航能力，并增加无人机的有效作业时间。然而，现有的通过太阳能辅助供电的无人机，受光源强度、照射角度和时间的限制，其单位时间转化电量低，无法满足需求。
因此，急需一种多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，可通过跟随强光光源、调整光源采集角度、增加光照时间来提高单位时间内转化的电量，从而实现无人机长时间作业。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即传统无人机电池续航能力低，而现有太阳能辅助供电无人机单位时间内转化的电量不足的问题，本发明提供了一种多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，该太阳能辅助供电系统包括太阳能板及倾角控制机构、蓄电池、控制单元、通信模块；
所述太阳能板及倾角控制机构安装于无人机的顶部；所述倾角控制机构基于所述控制单元发送的太阳能板倾角调整信息，调整所述太阳能板倾斜角度；所述太阳能板用于采集光能并转化为电能后发送至蓄电池；
所述蓄电池安装于无人机的内部，用于存储所述太阳能板发送的电能以及向无人机电源充电；
所述控制单元安装于无人机的内部，配置为基于接收的所述通信模块发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还配置为通过太阳方位计算器，根据获取的光照强度信息、北京时间和所述飞行状态参数计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于所述瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息；
所述通信模块安装于无人机的内部，用于采集无人机电源电量及飞行状态参数，并发送至所述控制单元以及将所述控制单元生成的太阳能板倾角调整信息发送至所述倾角控制机构。
在一些优选的实施例中，所述太阳能板上还设置有光照传感器；
所述光照传感器用于检测所述太阳能板的光照强度信息，并将所述光照强度信息发送至所述控制单元。
在一些优选的实施例中，所述光照传感器为HA2003光照传感器。
在一些优选的实施例中，所述太阳能板为晶体硅电池板、非晶体硅电池板中的一种。
在一些优选的实施例中，所述倾角控制机构包括丝杠电机、太阳能板支架；
所述丝杠电机安装于无人机与所述太阳能板之间，用于调整所述太阳能板倾斜角度；
所述太阳能板支架安装于所述太阳能板几何中心与无人机与之间，用于支撑所述太阳能板；所述太阳能板可围绕所述太阳能板支架产生多个不同的倾斜角度。
在一些优选的实施例中，所述蓄电池包括蓄电池本体、充放电接口。
在一些优选的实施例中，所述控制单元包括SoC芯片、通信接口；
所述SoC芯片安装于所述控制单元上，用于接收并处理所述通信模块发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还用于通过太阳方位计算器，根据光照强度信息、北京时间和所述飞行状态参数计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于所述瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息；
所述通信接口安装于所述控制单元上，用于所述控制单元与所述通信模块的数据交互。
在一些优选的实施例中，所述通信模块包括通信接口、总线。
在一些优选的实施例中，所述倾角控制机构根据所述太阳能板倾角调整信息调整所述太阳能板的倾斜角度，使得所述太阳能板光能采集面与阳光光线的角度尽可能接近垂直。
本发明的有益效果：
(1)本发明多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，利用自然界清洁可再生的太阳能作为电力来源，使用太阳能板进行发电，大大延长了无人机的续航时间，免去长时间工作频繁更换电池的状况，增加有效作业时间。
(2)本发明同时检测周围环境光源、调整光源采集角度、增加光照强度，提高单位时间内转化的电量，可应用于大规模、长时间野外作业，同时可适用于长途奔袭作业的状况。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统一种实施例的系统结构示意图；
图2是本发明多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统一种实施例的基于多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统结构示意图；
图3是本发明多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统一种实施例的太阳能板及倾角控制机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明的一种多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，该太阳能辅助供电系统包括太阳能板及倾角控制机构、蓄电池、控制单元、通信模块；
所述太阳能板及倾角控制机构安装于无人机的顶部；所述倾角控制机构基于所述控制单元发送的太阳能板倾角调整信息，调整所述太阳能板倾斜角度；所述太阳能板用于采集光能并转化为电能后发送至蓄电池；
所述蓄电池安装于无人机的内部，用于存储所述太阳能板发送的电能以及向无人机电源充电；
所述控制单元安装于无人机的内部，配置为基于接收的所述通信模块发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还配置为通过太阳方位计算器，根据获取的光照强度信息、北京时间和所述飞行状态参数计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于所述瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息；
所述通信模块安装于无人机的内部，用于采集无人机电源电量及飞行状态参数，并发送至所述控制单元以及将所述控制单元生成的太阳能板倾角调整信息发送至所述倾角控制机构。
为了更清晰地对本发明无人机太阳能辅助供电系统进行说明，下面结合图1对本发明方法实施例中各模块展开详述。
本发明一种实施例的无人机太阳能辅助供电系统，如图2所示，包括太阳能板及倾角控制机构2、蓄电池3、控制单元4、通信模块5以及无人机1，各模块详细描述如下：
太阳能板及倾角控制机构2安装于无人机1的顶部；倾角控制机构基于控制单元4发送的太阳能板倾角调整信息，调整太阳能板倾斜角度；太阳能板用于采集光能并转化为电能后发送至蓄电池。
太阳能板为晶体硅电池板、非晶体硅电池板中的一种。
太阳能板(也叫太阳能电池组件)为多个太阳能电池片组装的组装件，是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。
太阳能电池又称为"太阳能芯片"或"光电池"，是一种将太阳光的光能转化为电能的光电半导体薄片。单体太阳能电池不能直接做电源使用，必须将若干单体太阳能电池串并联连接和严密封装成组件才可以作为电源使用。
蓄电池3安装于无人机1的内部，用于存储所述太阳能板发送的电能以及向无人机电源充电。
蓄电池3包括蓄电池本体、充放电接口。
控制单元4安装于无人机1的内部，基于接收的通信模块5发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还配置为通过太阳方位计算器，根据获取的光照强度信息、北京时间和所述飞行状态参数计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息。
控制单元4包括SoC芯片、通信接口：
SoC芯片安装于控制单元4上，用于接收并处理所述通信模块5发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还用于通过太阳方位计算器，根据光照强度信息、北京时间和飞行状态参数(代表位置的经纬度信息)计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于所述瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息。
SoC的全称是System on a Chip，顾名思义，就是在一块芯片上集成一整个信息处理系统，称为片上系统或系统级芯片。一般说来，SoC是一个完整的整体，拥有整个数字系统的完整功能，它也是一种ASIC，其中包含完整的控制系统并包含嵌入式的软件。
通信接口安装于控制单元4上，用于控制单元4与通信模块5的数据交互。
通信模块5安装于无人机1的内部，用于采集无人机电源电量及飞行状态参数，并发送至控制单元4以及将控制单元4生成的太阳能板倾角调整信息发送至倾角控制机构。
通信模块包括通信接口、总线。
如图3所示，为本发明无人机太阳能辅助供电系统一种实施例的太阳能板及倾角控制机构的结构示意图，包括丝杠电机6、太阳板支架7、太阳能板8、光照传感器9。
丝杠电机6安装于无人机1与太阳能板之间，用于调整太阳能板倾斜角度。
太阳能板支架安装于太阳能板几何中心与无人机1与之间，用于支撑太阳能板；太阳能板可围绕所述太阳能板支架产生多个不同的倾斜角度。
倾角控制机构调整太阳能板倾斜角度，使得太阳能板光能采集面与光源光线的角度大于设定阈值。
光照传感器9用于检测所述太阳能板的光照强度信息，并将光照强度信息发送至控制单元4。
本发明一个优选的实施例中，选用的光照传感器为HA2003光照传感器。
需要说明的是，上述实施例提供的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块的名称，仅仅是为了区分各个模块，不视为对本发明的不当限定。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，该太阳能辅助供电系统包括太阳能板及倾角控制机构、蓄电池、控制单元、通信模块；
所述太阳能板及倾角控制机构安装于无人机的顶部；所述倾角控制机构基于所述控制单元发送的太阳能板倾角调整信息，调整所述太阳能板倾斜角度；所述太阳能板用于采集光能并转化为电能后发送至蓄电池；
所述蓄电池安装于无人机的内部，用于存储所述太阳能板发送的电能以及向无人机电源充电；
所述控制单元安装于无人机的内部，配置为基于接收的所述通信模块发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还配置为通过太阳方位计算器，根据获取的光照强度信息、北京时间和所述飞行状态参数计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于所述瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息；
所述通信模块安装于无人机的内部，用于采集无人机电源电量及飞行状态参数，并发送至所述控制单元以及将所述控制单元生成的太阳能板倾角调整信息发送至所述倾角控制机构。
2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述太阳能板上还设置有光照传感器；
所述光照传感器用于检测所述太阳能板的光照强度信息，并将所述光照强度信息通过所述通信模块发送至所述控制单元。
3.根据权利要求2所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述光照传感器为HA2003光照传感器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述太阳能板为晶体硅电池板、非晶体硅电池板中的一种。
5.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述倾角控制机构包括丝杠电机、太阳能板支架；
所述丝杠电机安装于无人机与所述太阳能板之间，用于调整所述太阳能板倾斜角度；
所述太阳能板支架安装于所述太阳能板几何中心与无人机与之间，用于支撑所述太阳能板；所述太阳能板可围绕所述太阳能板支架产生多个不同的倾斜角度。
6.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述蓄电池包括蓄电池本体、充放电接口。
7.根据权利要求2所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述控制单元包括SoC芯片、通信接口；
所述SoC芯片安装于所述控制单元上，用于接收并处理所述通信模块发送的无人机电源电量及飞行状态参数，启动或关闭太阳能辅助供电系统；还用于通过太阳方位计算器，根据光照强度信息、北京时间和所述飞行状态参数计算瞬时太阳高度角和太阳方位，并基于所述瞬时太阳高度角和太阳方位生成太阳能板倾角调整信息；
所述通信接口安装于所述控制单元上，用于所述控制单元与所述通信模块的数据交互。
8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述通信模块包括通信接口、总线。
9.根据权利要求1所述的多旋翼无人机的太阳能辅助供电系统，其特征在于，所述倾角控制机构根据所述太阳能板倾角调整信息调整所述太阳能板的倾斜角度，使得所述太阳能板光能采集面与阳光光线的角度尽可能接近垂直。
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