CN113644731B - 一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，包括太阳能电池板、变换器、无人机机巢、储能设备、电源抗干扰电路及追日控制器；其中，所述太阳能电池板的下部连接追日控制器，且太阳能电池板通过导线连接变换器，所述变换器通过导线连接有储能设备，所述变换器通过导线连接电源抗干扰电路；该对无人机机巢进行供电的野外供电系统，通过设备的整体结构，通过引入追日控制技术，在追日控制器的作用下，使得太阳能电池板在移动中获得最大光照强度，实现太阳能最大化利用，在储能设备的作用下，增强了无人机机巢的供电能力，确保供电质量的平滑、稳定，从而可以有效的为无人机机巢进行供电。适用于野外供电。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体为一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统。
背景技术
无人机机巢是无人机远程精准起降平台，是无人机稳固的“家”，能够抵抗强风和暴雨等恶劣天气，机巢与智慧巡检机群作业控制中心互联互通，实现自动储存无人机，状态实时监控，自动传输数据，因而无人机机巢需要发电系统随时为其进行供电。
无人机机巢多建设在野外，用市电为其供电较为不便，且用电较为频繁，用电量大，一旦电量不足，就会使其任务失败，并且普通的电源供电会受到外部环境的影响，因此，本领域技术人员提供了一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，包括太阳能电池板、变换器、无人机机巢、储能设备、电源抗干扰电路及追日控制器；其中，所述太阳能电池板的下部连接追日控制器，且太阳能电池板通过导线连接变换器，所述变换器通过导线连接有储能设备，所述变换器通过导线连接电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路通过导线连接有无人机机巢；
所述太阳能电池板用以将光能转换为电能输入变换器中，并由变换器升压、逆变后送入无人机机巢或储能电池中；
所述储能设备为后备电源，在光伏输出电能大于无人机机巢需求电能时将多余电能全部储存起来，在光伏输出电能不足时，储能设备补充供电；
所述追日控制器用于根据不同的天气状况采取不同的追踪方式来控制太阳能电池板的方位，以获得最大的光照强度；
所述电源抗干扰电路连接在变换器和无人机机巢之间，而改善而对无人机机巢供电质量。
优选的，所述储能设备包括蓄电池及充放电控制电路。
优选的，所述追日控制器包括单片机、光电传感器、显示电路、驱动电路、阴晴检测电路及时钟模块，所述光电传感器通过A/D转换与单片机连接，所述阴晴检测电路及时钟模块的输出端与单片机连接，所述单片机的输出端分别与显示电路及驱动电路连接，所述驱动电路用于控制太阳能电池板的旋转。
优选的，所述驱动电路包括用于控制太阳能电池板水平角度的水平电机以及用于控制太阳能电池板垂直角度的垂直电机。
优选的，所述变换器包括单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器。
优选的，所述太阳能电池板采用光伏阵列的形式，由多块光伏电池进行串并联组成，并经过DC-DC升压与直流母线连接输送到逆变器的输入端。
优选的，所述电源抗干扰电路电源抗干扰电路由插排、熔断器、压敏电阻、电容和电流互感器组成，所述电流互感器L4的脚2和3串联电容CB1、电容CY1、电容CY2和电阻VR1，所述电容CB1、电容CY1与电容CY2和电阻VR1相互并联，所述电容CY1与电容CY2串联，所述电流互感器L4的脚2通过熔断器F8连接插排J1脚4，所述电流互感器L4的脚1连接插排J1脚3，所述电容CY1与电容CY2之间接地，所述电流互感器L4的脚3和4串联电容CB2、电阻VR2、电容CY3和电容CY4，所述电容CB2、电阻VR2和电容CY3与电容CY4相互并联，所述电容CY3与电容CY4串联且之间中部接地，所述电流互感器L4的脚3和4连接插排J2的脚3和4，所述插排J2的脚2接地。
优选的，所述单片机电性连接阴晴检测电路、时钟模块、显示电路、A/D转换器和驱动电路，所述A/D转换器电性连接光电传感器，所述驱动电路连接水平/垂直电机，所述水平/垂直电机的转轴连接太阳能电池板。
优选的，所述单片机采用STM32系列单片机。
优选的，所述太阳能电池板连接追日控制器和单向DC/DC变换器，所述追日控制器和单向DC/DC变换器连接与直流母线，所述直流母线连接双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器，所述双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器分别连接储能设备和电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路连接无人机机巢。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该对无人机机巢进行供电的野外供电系统，通过设备的整体结构，采用独立光伏微网系统，为野外无人机机巢进行供电，解决野外机巢供电不便的问题，通过引入追日控制技术，在追日控制器的作用下，使得太阳能电池板在移动中获得最大光照强度，实现太阳能最大化利用，在储能设备的作用下，增强了无人机机巢的供电能力，确保供电质量的平滑、稳定，从而可以有效的为无人机机巢进行供电。
附图说明
图1为本发明整体电路原理图；
图2为本发明追日控制器原理图；
图3为本发明野外供电系统中硬件的结构原理图；
图4为本发明电源抗干扰电路电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，包括太阳能电池板、变换器、无人机机巢、储能设备、电源抗干扰电路及追日控制器；其中，所述太阳能电池板的下部连接追日控制器，且太阳能电池板通过导线连接变换器，所述变换器通过导线连接有储能设备，所述变换器通过导线连接电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路通过导线连接有无人机机巢；
太阳能电池板采用光伏阵列的形式，由多块光伏电池进行串并联组成，并经过DC-DC升压与直流母线连接输送到逆变器的输入端，串联可以增大输出电压以达到逆变器工作要求，并联可以增加输出电流提高整机功率,后级经过DC-DC升压输送到逆变器的输入端，逆变环节主要由IGBT功率开关管组成，将直流能量变换为交流能量。
所述太阳能电池板用以将光能转换为电能输入变换器中，并由变换器升压、逆变后送入无人机机巢或储能电池中；
所述储能设备为后备电源，在光伏输出电能大于无人机机巢需求电能时将多余电能全部储存起来，在光伏输出电能不足时，储能设备补充供电；
所述追日控制器用于根据不同的天气状况采取不同的追踪方式来控制太阳能电池板的方位，以获得最大的光照强度；
所述电源抗干扰电路连接在变换器和无人机机巢之间，而改善而对无人机机巢供电质量。
如图1所示：
所述储能设备包括蓄电池及充放电控制电路。在光伏输出电能大于负荷需求电能时将多余电能全部储存起来，在光伏输出电能不足时，储能设备补充供电。储能设备首先在使用前是充满电的，在使用中结合太阳能电池板发出的电能大小，调节供电电能，满足无人机机巢连续不间断地供电，因此，对储能设备需要进行综合控制，控制蓄电池的充放电，检测蓄电池的剩余容量，进行能量管理。
采用储能控制策略为：
当光伏输出能量大于无人机机巢需求，而储能设备有剩余容量时，由光伏给无人机机巢供电，同时给储能设备充电；当光伏电能恰好与负荷需求持平时，则由光伏优先给无人机机巢供电；当光伏电能不满足负荷需求时，储能与光伏联合给无人机机巢供电；当光伏完全不能供电时，由储能设备单独给无人机机巢供电。
如图2所述
所述追日控制器包括单片机、光电传感器、显示电路、驱动电路、阴晴检测电路及时钟模块，所述光电传感器通过A/D转换与单片机连接，所述阴晴检测电路及时钟模块的输出端与单片机连接，所述单片机的输出端分别与显示电路及驱动电路连接，所述驱动电路用于控制太阳能电池板的旋转，所述单片机采用STM32系列单片机。
首先系统读取时间信息参数，通过视日轨迹追踪算法计算出当时当地的高度角与方位角，然后单片机驱动电机转动，使太阳能电池板到达理论初始位置，系统通过阴晴检测电路判断出当前是阴天还是晴天，阴天时启动视日运动轨迹追踪方式，晴天时启动视日运动轨迹追踪方式和光电追踪方式；
在晴天运行模式中，系统通过视日轨迹运动追踪方式将太阳能电池板调节到理论最大光照位置，进行粗调节，再通过光电传感器采集光强偏差识别方位，然后单片机会驱动电机转动进行调整，实现光电追踪精调节，当光照强度较弱时，系统则会进入阴天运行模式，在阴天运行模式中，系统通过采集时钟模块的时间信息，计算出当时当地的高度角与方位角，同时计算出角度差，然后单片机驱动电机转动进行调整，实现视日运动轨迹追踪。
如图2所述：
所述驱动电路包括用于控制太阳能电池板水平角度的水平电机以及用于控制太阳能电池板垂直角度的垂直电机。
如图3所示：
所述变换器包括单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器。
所述太阳能电池板采用光伏阵列的形式，由多块光伏电池进行串并联组成，并经过DC-DC升压与直流母线连接输送到逆变器的输入端。
所述太阳能电池板采用光伏阵列的形式，由多块光伏电池进行串并联组成，并经过DC-DC升压输送到逆变器的输入端。
串联可以增大输出电压以达到逆变器工作要求，并联可以增加输出电流提高整机功率,后级经过DC-DC升压与直流母线连接输送到逆变器的输入端，逆变环节主要由IGBT功率开关管组成，将直流能量变换为交流能量。
如图4所示：
所述电源抗干扰电路电源抗干扰电路由插排、熔断器、压敏电阻、电容和电流互感器组成，所述电流互感器L4的脚2和3串联电容CB1、电容CY1、电容CY2和电阻VR1，所述电容CB1、电容CY1与电容CY2和电阻VR1相互并联，所述电容CY1与电容CY2串联，所述电流互感器L4的脚2通过熔断器F8连接插排J1脚4，所述电流互感器L4的脚1连接插排J1脚3，所述电容CY1与电容CY2之间接地，所述电流互感器L4的脚3和4串联电容CB2、电阻VR2、电容CY3和电容CY4，所述电容CB2、电阻VR2和电容CY3与电容CY4相互并联，所述电容CY3与电容CY4串联且之间中部接地，所述电流互感器L4的脚3和4连接插排J2的脚3和4，所述插排J2的脚2接地。
如图3所示：
所述单片机电性连接阴晴检测电路、时钟模块、显示电路、A/D转换器和驱动电路，所述A/D转换器电性连接光电传感器，所述驱动电路连接水平/垂直电机，所述水平/垂直电机的转轴连接太阳能电池板。
如图1和3所示：
所述太阳能电池板连接追日控制器和单向DC/DC变换器，所述追日控制器和单向DC/DC变换器连接与直流母线，所述直流母线连接双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器，所述双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器分别连接储能设备和电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路连接无人机机巢。
太阳能电池板通过单向DC/DC变换器接入直流母线；DC/AC逆变器将直流电逆变成交流电为无人机机巢供电，储能电池通过双向DC/DC变换器接入直流母线，追日控制系统接入直流母线为其提供电能，通过光电传感器采集光强信号控制太阳能电池板的旋转。
原理：储能设备首先在使用前是充满电的，在使用中结合太阳能电池板发出的电能大小，调节供电电能，满足无人机机巢连续不间断地供电，因此，对储能设备需要进行综合控制，控制蓄电池的充放电，检测蓄电池的剩余容量，进行能量管理；采用储能控制策略为：当光伏电能大于无人机机巢需求，而储能设备有剩余容量时，由光伏给无人机机巢供电，同时给储能设备充电；当光伏电能恰好与负荷需求持平时，则由光伏优先给无人机机巢供电；当光伏电能不满足负荷需求时，储能与光伏联合给无人机机巢供电；当光伏完全不能供电时，由储能设备单独给无人机机巢供电。
且储能设备充电时，首先系统读取时间信息参数，通过视日运动轨迹算法计算出当时当地的高度角与方位角，然后单片机驱动步进电机转动，使太阳能电池板到达理论初始位置，系统通过阴晴检测电路判断出当前是阴天还是晴天，阴天时启动太阳运动轨迹追踪方式，晴天时启动光电追踪方式与视日运动轨迹方式；在晴天运行模式中，系统通过视日轨迹运动追踪方式将太阳能电池板调节到理论最大光照位置，进行粗调节，再通过光电传感器采集光强偏差识别方位，然后单片机会驱动电机转动进行调整，实现光电追踪，当光照强度较弱时，系统则会进入阴天运行模式，在阴天运行模式中，系统通过采集时钟模块的时间信息，计算出当时当地的高度角与方位角，同时计算出角度差，然后单片机驱动电机旋转进行调整，实现视日运动轨迹追踪。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于，包括太阳能电池板、变换器、无人机机巢、储能设备、电源抗干扰电路及追日控制器；其中，所述太阳能电池板的下部连接追日控制器，且太阳能电池板通过导线连接变换器，所述变换器通过导线连接有储能设备，所述变换器通过导线连接电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路通过导线连接有无人机机巢；
所述太阳能电池板用以将光能转换为电能输入变换器中，并由变换器升压、逆变后送入无人机机巢或储能电池中；
所述储能设备为后备电源，在光伏输出电能大于无人机机巢需求电能时将多余电能全部储存起来，在光伏输出电能不足时，储能设备补充供电；
所述追日控制器用于根据不同的天气状况采取不同的追踪方式来控制太阳能电池板的方位，以获得最大的光照强度；
所述电源抗干扰电路连接在变换器和无人机机巢之间，而改善而对无人机机巢供电质量。
2.根据权利要求1所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于，所述储能设备包括蓄电池及充放电控制电路。
3.根据权利要求1所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于，所述追日控制器包括单片机、光电传感器、显示电路、驱动电路、阴晴检测电路及时钟模块，所述光电传感器通过A/D转换与单片机连接，所述阴晴检测电路及时钟模块的输出端与单片机连接，所述单片机的输出端分别与显示电路及驱动电路连接，所述驱动电路用于控制太阳能电池板的旋转。
4.根据权利要求3所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于，所述驱动电路包括用于控制太阳能电池板水平角度的水平电机以及用于控制太阳能电池板垂直角度的垂直电机。
5.根据权利要求1所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于，所述变换器包括单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器。
6.根据权利要求1所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于，所述太阳能电池板采用光伏阵列的形式，由多块光伏电池进行串并联组成，并经过DC-DC升压与直流母线连接输送到逆变器的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于：所述电源抗干扰电路电源抗干扰电路由插排、熔断器、压敏电阻、电容和电流互感器组成，所述电流互感器L4的脚2和3串联电容CB1、电容CY1、电容CY2和电阻VR1，所述电容CB1、电容CY1与电容CY2和电阻VR1相互并联，所述电容CY1与电容CY2串联，所述电流互感器L4的脚2通过熔断器F8连接插排J1脚4，所述电流互感器L4的脚1连接插排J1脚3，所述电容CY1与电容CY2之间接地，所述电流互感器L4的脚3和4串联电容CB2、电阻VR2、电容CY3和电容CY4，所述电容CB2、电阻VR2和电容CY3与电容CY4相互并联，所述电容CY3与电容CY4串联且之间中部接地，所述电流互感器L4的脚3和4连接插排J2的脚3和4，所述插排J2的脚2接地。
8.根据权利要求3所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于：所述单片机电性连接阴晴检测电路、时钟模块、显示电路、A/D转换器和驱动电路，所述A/D转换器电性连接光电传感器，所述驱动电路连接水平/垂直电机，所述水平/垂直电机的转轴连接太阳能电池板。
9.根据权利要求3所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于：所述单片机采用STM32系列单片机。
10.根据权利要求1或5所述的一种对无人机机巢进行供电的野外供电系统，其特征在于：所述太阳能电池板连接追日控制器和单向DC/DC变换器，所述追日控制器和单向DC/DC变换器连接与直流母线，所述直流母线连接双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器，所述双向DC/DC变换器及DC/AC逆变器分别连接储能设备和电源抗干扰电路，所述电源抗干扰电路连接无人机机巢。
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