CN113093707A - 一种基于故障检测的无人机电力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于故障检测的无人机电力控制系统，涉及无人机技术领域，包括无人机电力故障紧急降落寻回系统；无人机电力故障紧急降落寻回系统包括雷达探测器、距离传感器、GPS定位模块、无线通讯模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、控制器、供电模块、供电切换模块、备用电池组；雷达探测器、无线通讯模块、距离传感器、GPS定位模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、供电切换模块分别与控制器连接，供电模块、备用电池组分别与供电切换模块连接；通过此种方法达到在无人机电力系统出现故障后，用户可以快速寻回的目的。

Description

一种基于故障检测的无人机电力控制系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为一种基于故障检测的无人机电力控制系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。

在实际应用中，当无人机外出飞行时，会出现无人机电力系统故障，导致与终端失去联系，然后自行坠落，无人机的飞行距离是十分长远的，在这种飞行距离下，想要通过人工地毯式搜索无人机是十分困难且耗时耗力的，但是无人机的造价十分昂贵，直接放弃又会导致用户损失一笔不小的财产，所以设计一款能够在无人机电力系统出现故障时的自动返回降落或者往特定区域降落的系统是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于故障检测的无人机电力控制系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，包括无人机电力故障紧急降落寻回系统；

所述无人机电力故障紧急降落寻回系统包括雷达探测器、距离传感器、GPS定位模块、无线通讯模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、控制器、供电模块、供电切换模块、备用电池组；

所述雷达探测器、无线通讯模块、距离传感器、GPS定位模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、供电切换模块分别与控制器连接，供电模块、备用电池组分别与供电切换模块连接；

所述供电模块、备用电池组用于为无人机内各个电子元件供电；

所述无人机自检模块用于采集无人机供电模块的供电线路的数据；

所述无线通讯模块与移动终端连接；

所述无人机电力故障紧急降落寻回系统的工作步骤如下：

S1，无人机起飞前，通过GPS定位模块得到起飞点坐标，将起飞点坐标发送至存储模块，然后控制器以起飞点为坐标原点建立坐标轴，通过距离传感器在坐标轴上X、Y轴正负轴上测量相同的距离，得到在X、Y轴上离原点距离相同的四个点，将四个点连接起来得到一个以起飞点坐标为中心的正方形，将正方形的四个顶点设为安全点，并将安全点的坐标发送至存储模块，执行步骤S2；

S2，无人机在起飞后，无人机自检模块根据时钟模块预设的时间间隔采集供电模块的各项参数数据，并发送给控制器，控制器接收到数据后，将实时参数数据与存储模块中的标准参数数据进行比较分析，执行步骤S3；

S3，如果实时参数数据与标准参数数据的误差在预设的阈值区间内，那么无人机继续飞行前进，如果某一项参数不在预设的阈值区间内时，控制器切换供电方式，执行步骤S4；

S4,供电方式切换完成后，无人机通过GPS定位模块获取实时坐标，并根据存储的起飞点坐标计算自身位置与起飞点的距离P2，如果P2小于最大飞行距离P1，那么无人机向起飞点返回降落，如果P2大于最大飞行距离P1，那么控制器根据存储的四个安全点的坐标计算四个安全点与自身位置的绝对距离，经过计算，得出与自身所在的位置最近的一个安全点，并将自身与最近的安全点的距离设为P3,如果P3小于最大飞行距离P1，那么无人机向该安全点飞行并降落，降落后，将该安全点坐标通过无线通讯模块发送给移动终端，如果P3大于P1，控制器向最近的安全点的方向直线飞行，且在飞行过程中，控制器通过雷达探测器探测无人机下方的地形是否存在危险区域，如果有，则继续往安全点飞行，直到探测到下方未存在危险区域，则无人机将降落，降落后，无人机根据GPS定位模块定位自身所在的位置坐标，并将位置坐标通过无线通讯模块发送给移动终端，执行步骤S5；

S5，无人机降落后，同时每间隔一个间隔时间T1向无人机用户发送一次实时位置坐标，备用电池组上的电池电量检测模块检测备用电池组的剩余电量，如果备用电池组的剩余电量低于预设的电量阈值时，控制器向移动终端发送位置信息的间隔延长到T2，T2＞T1，执行步骤S6；

S6,如果无人机的GPS定位模块检测到自身位置正在移动，那么控制器将发送预设好的无人机正在移动信息给移动终端，同时位置发送的间隔时间变为T3,T3＜T1＜T2。

进一步的，所述无人机自检模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器，电压传感器、电流传感器、温度传感器分别与控制器连接，用于检测供电模块的电压、电流、温度信息。

进一步的，所述危险区域包括河流、树林、地坑、高速公路。

进一步的，所述备用电池采用三元锂电池组。

进一步的，所述无人机上还设置有北斗定位系统，北斗定位系统与控制器连接。

进一步的，所述无人机上还设置有监控摄像头，监控摄像头通过无线通讯模块与移动终端连接。

进一步的，所述移动终端采用无人机用户的手机。

进一步的，所述无人机上还设置有环境检测模块，所述环境检测模块包括风速传感器、降雨传感器，所述风速传感器、降雨传感器分别与控制器连接。

进一步的，所述最大飞行距离P1是通过测试飞行得到的，测试手段为：启用无人机的备用电池组进行飞行，通过距离传感器检测无人机飞行的距离，当无人机备用电池组安全用完后，所飞行的距离就为最大飞行距离P1。

进一步的，所述标准参数数据通过电压传感器、电流传感器、温度传感器采集记录供电模块正常工作下供电模块的电压、电流、温度数据，并作为标准参数数据。

本发明的有益效果是：

1、本发明的一个创新点在于，通过四个安全点以及备用电池最大飞行距离的比较，判断出最近的安全点并降落，由于四个安全点是固定的，在用户接受到无人机传来的报警之后，可以直接到安全点位置去寻找无人机，大大降低了无人机电力事故后寻找的难度。

2、在上述基础上，存在安全点的建立困难问题，所以本方案通过将四个安全点以正方形矩形的形式设定，对称矩形的方式建立方便无人机控制系统以自身为中心建立坐标，确定四个点位的位置，另一方面，正方形矩形的四个顶点为安全点，无论无人机往哪个方向飞，都有该方向上的安全点，最大可能降低无人机事故后的飞行距离。

3、本发明的另一个创新点在于，当最近的安全点的距离都超过无人机备用电池最大飞行距离后，选择随机降落时，通过雷达探测器探测下方的地形，可以避免无人机降落在河流、树林等危险区域，导致无人机损坏或者无人机位置用户难以到达。

附图说明

图1为本发明的无人机返回方法的流程图；

图2为本发明的无人机控制系统的系统图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1～2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“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，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。

一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，包括无人机电力故障紧急降落寻回系统；

所述无人机电力故障紧急降落寻回系统包括雷达探测器、距离传感器、GPS定位模块、无线通讯模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、控制器、供电模块、供电切换模块、备用电池组；

所述雷达探测器、无线通讯模块、距离传感器、GPS定位模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、供电切换模块分别与控制器连接，供电模块、备用电池组分别与供电切换模块连接；

所述供电模块、备用电池组用于为无人机内各个电子元件供电；

所述无人机自检模块用于采集无人机供电模块的供电线路的数据；

所述无线通讯模块与移动终端连接；

所述无人机电力故障紧急降落寻回系统的工作步骤如下：

S1，无人机起飞前，通过GPS定位模块得到起飞点坐标，将起飞点坐标发送至存储模块，然后控制器以起飞点为坐标原点建立坐标轴，通过距离传感器在坐标轴上X、Y轴正负轴上测量相同的距离，得到在X、Y轴上离原点距离相同的四个点，将四个点连接起来得到一个以起飞点坐标为中心的正方形，将正方形的四个顶点设为安全点，并将安全点的坐标发送至存储模块，执行步骤S2；

S2，无人机在起飞后，无人机自检模块根据时钟模块预设的时间间隔采集供电模块的各项参数数据，并发送给控制器，控制器接收到数据后，将实时参数数据与存储模块中的标准参数数据进行比较分析，执行步骤S3；

S3，如果实时参数数据与标准参数数据的误差在预设的阈值区间内，那么无人机继续飞行前进，如果某一项参数不在预设的阈值区间内时，控制器切换供电方式，执行步骤S4；

S4,供电方式切换完成后，无人机通过GPS定位模块获取实时坐标，并根据存储的起飞点坐标计算自身位置与起飞点的距离P2，如果P2小于最大飞行距离P1，那么无人机向起飞点返回降落，如果P2大于最大飞行距离P1，那么控制器根据存储的四个安全点的坐标计算四个安全点与自身位置的绝对距离，经过计算，得出与自身所在的位置最近的一个安全点，并将自身与最近的安全点的距离设为P3,如果P3小于最大飞行距离P1，那么无人机向该安全点飞行并降落，降落后，将该安全点坐标通过无线通讯模块发送给移动终端，如果P3大于P1，控制器向最近的安全点的方向直线飞行，且在飞行过程中，控制器通过雷达探测器探测无人机下方的地形是否存在危险区域，如果有，则继续往安全点飞行，直到探测到下方未存在危险区域，则无人机将降落，降落后，无人机根据GPS定位模块定位自身所在的位置坐标，并将位置坐标通过无线通讯模块发送给移动终端，执行步骤S5；

S5，无人机降落后，同时每间隔一个间隔时间T1向无人机用户发送一次实时位置坐标，备用电池组上的电池电量检测模块检测备用电池组的剩余电量，如果备用电池组的剩余电量低于预设的电量阈值时，控制器向移动终端发送位置信息的间隔延长到T2，T2＞T1，执行步骤S6；

S6,如果无人机的GPS定位模块检测到自身位置正在移动，那么控制器将发送预设好的无人机正在移动信息给移动终端，同时位置发送的间隔时间变为T3,T3＜T1＜T2。

本方案的工作原理简述：

在本发明中，在无人机起飞前，将无人机电力系统正常运行时的电压、电流、温度参数通过实验存储在存储模块中，还有无人机备用电池的最远飞行距离P1同样存储在存储模块中，在无人机起飞时，会将起飞点的左边存储在存储模块中，无人机起飞前，通过GPS定位模块得到起飞点坐标，将起飞点坐标发送至存储模块，然后控制器以起飞点为坐标原点建立坐标轴，通过距离传感器在坐标轴上X、Y轴正负轴上测量相同的距离，该距离设为150M，得到在X、Y轴上离原点距离相同的四个点，将四个点连接起来得到一个以起飞点坐标为中心的边长为300M的正方形，将正方形的四个顶点设为安全点，并将安全点的坐标发送至存储模块，这四个安全点的位置坐标建立后还将直接发送给用户的手机上，用户可以提前知道安全点的位置，用户根据四个安全点的左边进行查询，看这四个安全点是否为河流、树林、地坑、高速公路等危险区域，如果是，则用户可以更改正方形矩形的边长，重新设立坐标点，如果为安全区域，则无人机起飞前的准备工作完成，开始起飞，在飞行过程中，无人机根据时钟模块预设的时间间隔，通过电压传感器、电流传感器、温度传感器采集供电模块的电压、电流、温度参数，并与预设的正常运行情况下的电压、电流、温度标准参数数据进行比较分析，如果误差在预设的阈值区间内，那么无人机继续飞行前进，如果这三个数据有一个或者超过一个的数据的误差超过了预设的阈值区间，那么表明供电模块出现了故障，那么控制器将控制供电切换模块将无人机的供电切换到备用电池供电，同时通过无线通讯模块向移动终端，也就是用户的手机发送预设的报警信息，然后控制器配合GPS定位模块确立自身的坐标点，并根据提前存储的起飞点的坐标计算出距离P2，并将P2和无人机预设的备用电池最大飞行距离P1进行比较，如果P2小于P1，那么控制器将控制无人机直接返回起飞点，如果P2大于P1，那么无人机控制器再通过预设的四个安全点的坐标，计算出自身与四个安全点的距离，并确立最近的安全点的距离P3，如果P3小于P1，那么无人机将向该安全点返回降落，并在降落时通过无线通讯模块向用户的手机发送该安全点的坐标信息，用户接收到左边信息后到该安全点拾取无人机，如果P3大于P1，那么无人机同样向最近的安全点直线飞行，并在飞行过程中，通过雷达探测器探测无人机下方的地形，如果下方地形没有河流、树林、地坑、高速公路等危险区域，无人机就立刻降落，并在降落时向移动终端发送坐标信息，降落后，为了节约电量，控制器将关闭无人机上无关的大部分电子元件，无人机根据时钟模块预设的时间间隔T1，例如,T1设为10分钟，无人机上还设置有人体红外传感器，检测无人机周边是否有人体存在，如果有，控制器控制语音播报装置播报预设的预警信息，该语音信息在范围内人体每增加一个就播报一次，减少或者没有则不播报，提醒范围内的其他人此无人机用户正在赶到，不要触碰挪动无人机，备用电池内还设置有电池电量检测模块，当备用电池的电量低于预设的电量阈值时，无人机的时间间隔变为T2,T2大于T1，例如，T2设为20分钟，同样是为了节约电量；如果无人机的GPS定位模块检测到自身位置正在移动时，通过无线通讯模块向用户手机发送预设的正在移动信息，并将位置发送的时间间隔变为T3，T3小于T1小于T2,例如，T2设为3分钟发送一次；

无人机上除了GPS定位系统外，还设置有北斗定位系统，每次无人机需要进行发送或者检测自身位置坐标时，先通过GPS定位模块进行定位，再通过北斗定位系统进行定位，然后将两次定位的坐标进行比对，如果误差在允许范围内，则发送或者基于该坐标进行计算，如果误差超过预设的允许范围，表明某一个定位系统不够精准或者出现故障，在这种情况下继续飞行的话，很容易造成无人机失踪，无人机控制器通过雷达探测器探测下方地形，在最近的没有危险区域的地点降落，降落后，将两个定位系统的坐标均发送给用户手机，用户根据两个坐标一一寻找；

在无人机飞行过程中，无人机上的风速传感器以及降雨传感器检测自身周围环境的风速等级以及降雨量的大小，如果风速等级超过预设的第一风速安全等级或者降雨量超过预设的第一降雨量安全等级，那么无人机会根据预设的起飞点坐标返回起飞点，在返回过程中，如果风速或者降雨量继续增大，达到预设的第二风速安全等级或者第二降雨量安全等级，那么控制器将根据上述的电力系统故障后的反应，寻找最近的安全点，如果无人机离最近的安全点的距离未超过预设的危险天气可飞行距离P4，那么无人机到达安全点后再降落，如果超过了P4，那么无人机通过雷达探测器探测下方的地形，并在安全地形降落，同时发送坐标信息给用户手机。

进一步的，所述无人机自检模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器，电压传感器、电流传感器、温度传感器分别与控制器连接，用于检测供电模块的电压、电流、温度信息，通过电压、电流、温度等标准参数判断供电模块是否出现故障，并进行下一步的处理。

进一步的，所述危险区域包括河流、树林、地坑、高速公路，在这些区域降落，有可能导致无人机损坏或者用户难以到达。

进一步的，所述备用电池采用三元锂电池组，三元锂电池组的使用寿命长，能量转换比高，不会产生重金属污染。

进一步的，所述无人机上还设置有北斗定位系统，北斗定位系统与控制器连接，通过北斗定位系统与GPS定位系统的配合使用，可以确认定位系统是否出现故障，并进行对应的处理。

进一步的，所述无人机上还设置有监控摄像头，监控摄像头通过无线通讯模块与移动终端连接，在无人机飞行过程中，用户可以通过手机对无人机周边环境进行查看。

进一步的，所述移动终端采用无人机用户的手机，手机为现代人们不离身的电子元件，可以及时查看到无人机发送的信息。

进一步的，所述无人机上还设置有环境检测模块，所述环境检测模块包括风速传感器、降雨传感器，所述风速传感器、降雨传感器分别与控制器连接，通过风速传感器以及降雨传感器的设计，可以检测影响无人机正常飞行的风速以及降雨量的大小，并判断是否进行紧急降落处理。

进一步的，所述最大飞行距离P1是通过测试飞行得到的，测试手段为：启用无人机的备用电池组进行飞行，通过距离传感器检测无人机飞行的距离，当无人机备用电池组安全用完后，所飞行的距离就为最大飞行距离P1。

进一步的，所述标准参数数据通过电压传感器、电流传感器、温度传感器采集记录供电模块正常工作下供电模块的电压、电流、温度数据，并作为标准参数数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，包括无人机电力故障紧急降落寻回系统；

所述无人机电力故障紧急降落寻回系统包括雷达探测器、距离传感器、GPS定位模块、无线通讯模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、控制器、供电模块、供电切换模块、备用电池组；

所述雷达探测器、无线通讯模块、距离传感器、GPS定位模块、无人机自检模块、存储模块、时钟模块、供电切换模块分别与控制器连接，供电模块、备用电池组分别与供电切换模块连接；

所述供电模块、备用电池组用于为无人机内各个电子元件供电；

所述无人机自检模块用于采集无人机供电模块的供电线路的数据；

所述无线通讯模块与移动终端连接；

所述无人机电力故障紧急降落寻回系统的工作步骤如下：

S1，无人机起飞前，通过GPS定位模块得到起飞点坐标，将起飞点坐标发送至存储模块，然后控制器以起飞点为坐标原点建立坐标轴，通过距离传感器在坐标轴上X、Y轴正负轴上测量相同的距离，得到在X、Y轴上离原点距离相同的四个点，将四个点连接起来得到一个以起飞点坐标为中心的正方形，将正方形的四个顶点设为安全点，并将安全点的坐标发送至存储模块，执行步骤S2；

S2，无人机在起飞后，无人机自检模块根据时钟模块预设的时间间隔采集供电模块的各项参数数据，并发送给控制器，控制器接收到数据后，将实时参数数据与存储模块中的标准参数数据进行比较分析，执行步骤S3；

S3，如果实时参数数据与标准参数数据的误差在预设的阈值区间内，那么无人机继续飞行前进，如果某一项参数不在预设的阈值区间内时，控制器切换供电方式，执行步骤S4；

S4,供电方式切换完成后，无人机通过GPS定位模块获取实时坐标，并根据存储的起飞点坐标计算自身位置与起飞点的距离P2，如果P2小于最大飞行距离P1，那么无人机向起飞点返回降落，如果P2大于最大飞行距离P1，那么控制器根据存储的四个安全点的坐标计算四个安全点与自身位置的绝对距离，经过计算，得出与自身所在的位置最近的一个安全点，并将自身与最近的安全点的距离设为P3,如果P3小于最大飞行距离P1，那么无人机向该安全点飞行并降落，降落后，将该安全点坐标通过无线通讯模块发送给移动终端，如果P3大于P1，控制器向最近的安全点的方向直线飞行，且在飞行过程中，控制器通过雷达探测器探测无人机下方的地形是否存在危险区域，如果有，则继续往安全点飞行，直到探测到下方未存在危险区域，则无人机将降落，降落后，无人机根据GPS定位模块定位自身所在的位置坐标，并将位置坐标通过无线通讯模块发送给移动终端，执行步骤S5；

S5，无人机降落后，同时每间隔一个间隔时间T1向无人机用户发送一次实时位置坐标，备用电池组上的电池电量检测模块检测备用电池组的剩余电量，如果备用电池组的剩余电量低于预设的电量阈值时，控制器向移动终端发送位置信息的间隔延长到T2，T2＞T1，执行步骤S6；

S6,如果无人机的GPS定位模块检测到自身位置正在移动，那么控制器将发送预设好的无人机正在移动信息给移动终端，同时位置发送的间隔时间变为T3,T3＜T1＜T2。

2.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述无人机自检模块包括电压传感器、电流传感器、温度传感器，电压传感器、电流传感器、温度传感器分别与控制器连接，用于检测供电模块的电压、电流、温度信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述危险区域包括河流、树林、地坑、高速公路。

4.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述备用电池采用三元锂电池组。

5.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述无人机上还设置有北斗定位系统，北斗定位系统与控制器连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述无人机上还设置有监控摄像头，监控摄像头通过无线通讯模块与移动终端连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述移动终端采用无人机用户的手机。

8.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述无人机上还设置有环境检测模块，所述环境检测模块包括风速传感器、降雨传感器，所述风速传感器、降雨传感器分别与控制器连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述最大飞行距离P1是通过测试飞行得到的，测试手段为：启用无人机的备用电池组进行飞行，通过距离传感器检测无人机飞行的距离，当无人机备用电池组安全用完后，所飞行的距离就为最大飞行距离P1。

10.根据权利要求1所述的一种基于故障检测的无人机电力控制系统，其特征在于，所述标准参数数据通过电压传感器、电流传感器、温度传感器采集记录供电模块正常工作下供电模块的电压、电流、温度数据，并作为标准参数数据。

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