CN112366439B - 一种指挥车车载自动天线及防雷接地系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种指挥车车载自动天线及防雷接地系统，包括避雷针、倒伏机构、天线、电动升降杆；所述的避雷针与电动升降杆等电势导通，电动升降杆与指挥车支撑腿之间防雷接地导通；指挥车支撑腿与防雷地网地表接触点满足防雷接地导通；所述电动升降杆的顶部安装倒伏机构，倒伏机构的输出轴与横向支撑杆连接，倒挂天线与避雷针分布于横向支撑杆两侧，形成避雷针与天线以横向支撑杆为中心轴的杠杆省力机构；所述的电动升降杆用于带动避雷针达到预设的高度，所述的倒伏机构通过带动横向支撑杆完成避雷针与倒挂天线的垂直工作与倒伏收纳。

Description

一种指挥车车载自动天线及防雷接地系统
技术领域
本发明涉及一种指挥车车载自动天线控制系统及其车辆整体防雷接地系统，属于指挥车电动升降杆自动控制、省力结构及防雷技术领域。
背景技术
近几年随着无人系统技术的发展，无人系统配套机动指挥车逐渐引起重视。
目前无人系统的指挥车系统都是在原有车进行简单内部改造和外挂电动升降杆进行改造，无整体避雷安全设计，外出任务无法雷雨天工作。
所安装天线一般为向上设计，难以安装避雷针，无法应对突发性雷雨天气。
当前指挥车天线多为手动或半自动收放，需人员手动操作或按步骤进行电动操作收放。
一般防雷接地采用扁铁等与防雷地网固连，受车辆机动性限制，难以应用到指挥车防雷系统上。
一般天线系统设计仅考虑避雷针和天线排布，满足避雷要求即可，并未对天线收放执行机构进行优化。
一般电动升降杆为人工查看线缆状况，无法保证线缆损害前及时制动，极易压断线缆。
发明内容
为解决现有指挥车天线系统存在的问题，本发明提供了一种指挥车车载自动天线防雷接地系统，实现了天线一键收放控制，以及雷雨天车内作业舱的防雷接地安全。
本发明为解决上述问题采取的具体步骤如下：一种指挥车车载自动天线及防雷接地系统，包括避雷针、倒伏机构、天线、电动升降杆；
所述的避雷针与电动升降杆等电势导通，电动升降杆与指挥车支撑腿之间防雷接地导通；指挥车支撑腿与防雷地网地表接触点满足防雷接地导通；所述电动升降杆的顶部安装倒伏机构，倒伏机构的输出轴与横向支撑杆连接，倒挂天线与避雷针分布于横向支撑杆两侧，形成避雷针与天线以横向支撑杆为中心轴的杠杆省力机构；所述的电动升降杆用于带动避雷针达到预设的高度，所述的倒伏机构通过带动横向支撑杆完成避雷针与倒挂天线的垂直工作与倒伏收纳。
优选的，倒伏机构电动控制调整至竖直状态使避雷针高度满足对横向支撑杆及支撑杆上安装天线的避雷要求。
优选的，天线横向支撑杆长度为D，避雷针高度以倒伏为基点设为1/2D，以满足避雷针45度保护范围要求。
优选的，所述的杠杆省力机构为通过调整避雷针支撑杆长度使横向支撑杆两侧力矩差值为零，两侧达到平衡状态，倒伏机构执行动作力矩最小，大幅减小倒伏机构电机负载。
优选的，通过有线无线双模控制器实现对电动升降杆和倒伏机构的自动控制；通过车载中控台或遥控器与双模控制器完成人机交互，实现对天线一键升降、展开和收纳。
优选的，所述的车载中控台或遥控器对倒挂天线收放紧急制动。
优选的，车体外壳与隔离工作舱采用绝缘结构件使两者隔离，隔离工作舱内设备外壳搭接后通过浪涌保护器与大地导通。
优选的，电动升降杆采用铝制多节伸缩杆，关节接触点采用304不锈钢，增大接触面使导通性优于16平方铜铜缆，电阻小于1毫欧姆。
优选的，指挥车支撑腿采用大接触面金属盘使其更方便在与地网接触面间增加降阻剂，从而与防雷地网接触面导通性优于16平方铜缆，保证电阻小于1毫欧姆。
优选的，电动升降杆顶部至其下部2米的杆径小于天线接收和发射无线电波的波长，减少电动升降杆遮挡效应。
优选的，本发明系统还包括线缆防压断保护装置，在电动升降杆顶部至底部的线缆敷设时，在套管中夹带一根光纤作为分布式压力传感器对线缆进行压力感知，通过底部线缆出线端口处的车载光纤解调器在电动升降杆执行升降动作时实时感知其压力状态，从而实现线缆防压断保护。
优选的，在光信号解调时根据升降杆关节处的挤压情况识别线缆挤压情况。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1.通常车载电动升降杆防雷接地采用的方案是通过接地线从避雷针直接引下至大地，该方法在较高电动升降杆上需飞线长度较长，在户外时防风效果差。本系统中通过电动升降杆、液压腿等做防雷地连接设计，直接与大地接触，户外作业自动程度提高，且无飞线，可靠性较高。
2.本系统中天线与避雷针分布于两侧，设计时专门考虑了避雷针和天线所产生的力矩，通过调整避雷针支撑杆长度形成与天线的平衡杠杆，减小倒伏机构电机承载力矩而缩小电机重量，从而减少电动升降杆负载。
3.通常车载电动升降杆为开关直接控制电机供电方式实现升降和倒伏功能，使用时需要人时刻观察升降杆和倒伏机构的执行动作，本系统通过按键或遥控器、控制器、驱动器、电机和限位开关等实现了一体化自动控制，减少了操作复杂度。
4.本系统中采用光纤压力传感技术，在电动升降杆执行动作时对线缆损坏前及时制动，保证线缆不会遭受进一步损害。
5.本发明能够通过电动升降杆控制器实现该系统一键展开和一键收纳，展开时电动升降杆升至顶端且将天线从水平状态调整至竖直状态，收纳时天线从竖直状态调整至水平状态且电动升降杆下降至底部。本发明实现了对户外指挥车的天线防雷接地系统优化及自动控制设计，自动化程度高，易用性强。
附图说明
图1是本发明一具体实施例提供的天线系统自动控制硬件方案图；
图2是本发明一具体实施例提供的自动控制方法流程图；
图3为本发明一具体实施例提供的指挥车防雷电动升降杆倒伏省力结构示意图；
图4为本发明整体系统示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种指挥车车载自动天线及防雷接地系统，如图4所示，包括：天线自动升降机构，天线倒伏收放机构，天线避雷机构，自动控制机构，车地导通机构以及天线与避雷针一体化倒伏省力机构；
所述的天线自动升降机构包括电动升降杆和升降电机；天线倒伏收放机构包括倒伏舵机和倒伏机构；天线避雷机构包括避雷针和支撑杆；通过控制器发送指令至升降电机驱动电路控制升降电机带动电动升降杆收放，通过舵机驱动电路控制倒伏舵机，带动倒伏机构、横向支撑杆带动避雷针和倒挂天线旋转；由状态感知传感器将敏感的电动升降杆以及倒伏机构的状态反馈至控制器，直至电动升降杆达到预设的工作高度，以及倒伏机构转到预设的角度。
1、指挥车整体外壳等电势导通
如图4所示，避雷针与电动升降杆通过接地缆等电势导通，其采用柔性多芯铜缆，以保障反复倒伏时线缆不易断裂，截面积不小于16平方，电阻小于1毫欧姆；
电动升降杆采用铝制多节伸缩杆降低整体重量，同时关节处采用304不锈钢防止铝氧化，各关节接触面导通性优于16平方铜铜缆，电阻小于1毫欧姆；
升降杆与指挥车支撑腿之间采用16平方以上铜缆，电阻小于1毫欧姆；
指挥车支撑腿底部采用大接触面金属盘，支撑腿支起后受车重影响，与防雷地网接触面导通性优于16平方铜缆，支撑腿下放前接触面增加降阻剂，可保证电阻小于1毫欧姆。
2、天线倒伏收纳机构，包括：
本发明中采取倒挂天线降低天线顶部高度，安装避雷针时可大幅降低避雷针长度从而减小电动升降杆收纳尺寸；
设计横向支撑杆长度小于车体宽度，避免收纳宽度大于车体宽度，升降杆顶部至顶部以下2米的杆径小于波长。
天线展开后避雷针高度满足对横向支撑杆的避雷要求；
如图3所示，避雷针与天线横向支撑杆关系为：天线横向支撑杆长度为D，避雷针高度以倒伏为基点设为1/2D，以满足避雷针45度保护范围要求。
倒挂天线与避雷针分布于横向支撑杆两侧，形成避雷针与天线以横向支撑杆为中心轴的杠杆省力机构，大幅减小倒伏机构电机负载。
横向支撑杆两端天线总重力为N，其力臂为D，避雷针重力为N’，其力臂为D’，则倒伏机构力矩为(N’*D’-N*D)，但在同侧时力矩为(N’*D’+N*D)。通过调整避雷针支撑杆长度使横向支撑杆两侧力矩为零，两侧达到平衡状态，倒伏机构执行动作力矩最小。
3、一体化自动控制天线结构收放控制，包括：
通过有线无线双模控制器实现对电动升降杆升降和倒伏机构的自动控制；
通过车载中控台或遥控器与双模控制器完成人机交互，实现对天线一键升降、展开；
车载中控台控制器或遥控器对天线收放紧急制动；
车载中控台控制器或遥控器对天线一键收缩、降落控制。
在一可选实例中，倒伏机构以天线杆伸展3米为收放临界点。当中控台控制器或遥控器执行展开命令后天线杆上升3米时，中控台控制器驱动倒伏机构将天线转向竖直状态；当中控台控制器或遥控器执行收纳命令后天线杆下降至3米时，中控台控制器驱动倒伏机构将天线转向水平状态；若中控台控制器或遥控器执行紧急制动命令，则控制升降系统断电或停止驱动器。
4、线缆防压断保护控制，包括：
通过复合缆内部敷设的光纤感知电动升降杆执行升降动作时的压力变化，由光纤解调器输出故障报警信号发送给控制器，由控制器对升降电机驱动电路发送紧急制动命令。
以下为本发明提供的一个具体实施例：
以下通过实施例可以进一步理解本发明，但不能限制本发明的内容。该领域的技术熟练人员可根据上述本发明内容对本发明作一些非本质的改进和调整。
本发明中提供的一种天线自动升降收纳控制系统框架中，具体参见图1。
在一可选实施例中，控制器选用STM32F103配备外围3路串口与触摸屏、开关量监测模块、驱动模块，按键操控电路采用迪文7寸串口触摸屏，通过采集模块获取状态感知传感器(如：限位开关在相应的位置、加速度计采集伸缩关节执行动作的振动模式等)的实时状态反馈，判断升降杆升降状态和倒伏机构收放状态，驱动电路采用4继电器控制模块控制电动升降杆升降和倒伏机构收放。通过TTL接口连接2.4G接收模块与遥控器通信。控制器轮询触摸屏和接收模块控制指令，同时将状态显示到触摸屏，实现人机交互。控制器下发控制动作到驱动电路并实时监测状态感知传感器反馈信息完成电动升降杆升降和倒伏电机收放动作。
本发明提供的一种基于电动升降杆和倒伏机构的天线自动升降收纳控制和线缆防压断保护控制方法中，具体参见图2.
步骤101：轮询触控屏、遥控器指令和限位器状态信息，包括电动升降杆上升、下降、急停、升降限位状态和倒伏机构展开、收纳、急停、倒伏限位状态，以及系统一键收放；
具体的，本发明中主控制器通过串口轮询实时查看来自触控屏、遥控器及相关限位开关状态，控制器具体采用访问串口寄存器数据或其他方式，本发明不做具体限制。
步骤102：根据控制模式标识确定手动模式和自动模式；
具体的，控制模式均为从触控屏或遥控器获取的交互状态，具体指令如何交互和表示，以及控制器如何在某一状态下执行相应的动作，本发明不做限制。
步骤103：按照按键选择的操控模式执行控制程序，驱动相应的模块进行动作，同时实时监控复合缆执行线缆防压断保护程序以实现对整个系统的工作控制和安全保护；
具体的，本发明中，在步骤102选定控制模式后，执行103步骤时，其控制程序执行动作无具体先后顺序和过程限制，但其线缆防压断保护执行优先级高，控制器可直接启动高优先级中断，执行急停动作。
步骤104：根据执行动作时的限位和复合缆压力状态将信息反馈到控制屏上。
具体的，本发明中，限位状态信息作为电动升降杆升降和倒伏机构收放的状态反馈信息，其具体显示的反馈状态名称本发明不做限制。
本发明提供的一种防雷天线省力机构设计中，具体参见图3.
在一可选实施例中，采用3Kg避雷针，长度为30cm，天线采用2根1.8米玻璃钢天线，每根重量为2Kg，通过测量天线重心位置为距根部80cm处。在实施时，将展开状态下避雷针朝上、天线向下，选用避雷针与其支撑杆总重控制为4Kg，重心为距根部40cm处，则电动升降杆从横向状态倒伏旋转扭矩仅为克服惯性和摩擦力产生，其避雷针和天线重力产生的扭矩相互抵消。从而达到减少倒伏电机负载的效果。
本发明提供的外壳与内舱隔离解决方案中，在内外舱过渡线孔处，安装接地盘，采用馈线避雷器将车辆内舱设备与天线隔离，馈线避雷器安装于内外舱过渡孔附近，地线连接至接地盘上。同时为保证倒伏电机工作，其电源线在内外舱过渡孔处安装浪涌保护器，防止雷电引入舱内。馈线与电源线在舱外通过绝缘套管防护，保证其在雨水沿线缆流下时浸湿防雷设备。内舱设备电磁兼容接地通过浪涌保护器与车外壳连通，在受雷击时，内舱进入保护状态。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种指挥车车载自动天线及防雷接地系统，其特征在于：包括避雷针、倒伏机构、天线、电动升降杆；
所述的避雷针与电动升降杆等电势导通，电动升降杆与指挥车支撑腿之间防雷接地导通；指挥车支撑腿与防雷地网地表接触点满足防雷接地导通；所述电动升降杆的顶部安装倒伏机构，倒伏机构的输出轴与横向支撑杆连接，倒挂天线与避雷针分布于横向支撑杆两侧，形成避雷针与天线以横向支撑杆为中心轴的杠杆省力机构；所述的电动升降杆用于带动避雷针达到预设的高度，所述的倒伏机构通过带动横向支撑杆完成避雷针与倒挂天线的垂直工作与倒伏收纳；
倒伏机构电动控制调整至竖直状态使避雷针高度满足对横向支撑杆及支撑杆上安装天线的避雷要求；所述的杠杆省力机构为通过调整避雷针支撑杆长度使横向支撑杆两侧力矩差值为零，两侧达到平衡状态，倒伏机构执行动作力矩最小，大幅减小倒伏机构电机负载；通过有线无线双模控制器实现对电动升降杆和倒伏机构的自动控制；通过车载中控台或遥控器与双模控制器完成人机交互，实现对天线一键升降、展开和收纳。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：天线横向支撑杆长度为D，避雷针高度以倒伏为基点设为1/2D，以满足避雷针45度保护范围要求。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的车载中控台或遥控器对倒挂天线收放紧急制动。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：车体外壳与隔离工作舱采用绝缘结构件使两者隔离，隔离工作舱内设备外壳搭接后通过浪涌保护器与大地导通。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：电动升降杆采用铝制多节伸缩杆，关节接触点采用304不锈钢，增大接触面使导通性优于16平方铜铜缆，电阻小于1毫欧姆。
6.根据权利1所述系统，其特征在于：指挥车支撑腿采用大接触面金属盘使其更方便在与地网接触面间增加降阻剂，从而与防雷地网接触面导通性优于16平方铜缆，保证电阻小于1毫欧姆。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：电动升降杆顶部至其下部2米的杆径小于天线接收和发射无线电波的波长，减少电动升降杆遮挡效应。
8.根据权利要求1-7之一所述的系统，其特征在于：还包括线缆防压断保护装置，在电动升降杆顶部至底部的线缆敷设时，在套管中夹带一根光纤作为分布式压力传感器对线缆进行压力感知，通过底部线缆出线端口处的车载光纤解调器在电动升降杆执行升降动作时实时感知其压力状态，从而实现线缆防压断保护。
9.根据权利8所述的系统，其特征在于：在光信号解调时根据升降杆关节处的挤压情况识别线缆挤压情况。
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