CN114812517A - 一种基于无人机的水文监测系统 - Google Patents

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香天元
罗兴
魏猛
吴士夫
罗倩
陈静
江海力
高敏
程遥
纪彭
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Hydrological Bureau Of Yangtze River Water Resources Commission Hydrological Survey Bureau Of Middle Reaches Of Yangtze River Water Environment Monitoring Center Of Middle Reaches Of Yangtze River Hydrological Bureau Of Yangtze River Water Resources Commission
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Hydrological Bureau Of Yangtze River Water Resources Commission Hydrological Survey Bureau Of Middle Reaches Of Yangtze River Water Environment Monitoring Center Of Middle Reaches Of Yangtze River Hydrological Bureau Of Yangtze River Water Resources Commission
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Abstract

本发明公开了一种基于无人机的水文监测系统,包括可调支架、发电装置、监测无人机以及无人机充电机构。该基于无人机的水文监测系统利用监测无人机对指定水域进行实时水文监测,并在监测无人机充电时通过从蓝牙通信模与主蓝牙通信模块之间的无线通信,将监测数据传输至基站控制器,再由4G通信模块将数据直接发送至远程控制中心,使监测站能实时获取数据,无需检测人员现场检测;利用蓄电池为无人机充电机构供电,无人机充电机构在监测无人机停靠时对监测无人机进行充电,从而使监测无人机可以长期进行水文监测,无需人员定期巡检;利用可调支架调节发电装置的朝向及高度位置,可以根据安装环境进行调整,提高电能转化效率。

Description

一种基于无人机的水文监测系统
技术领域
本发明涉及一种监测系统,尤其是一种基于无人机的水文监测系统。
背景技术
水文监测是指对自然界水的时空分布和变化规律进行监控、测量、分析以及预警等工作的一个复杂而全面的系统工程,传统的水文监测通常是采用电网进行供电工作,因而水文监测只局限在电网覆盖区域,受限于电网输电距离限制,同时需要监测人员定时巡检,运营成本较高。
发明内容
发明目的:提供一种基于无人机的水文监测系统,能够通过监测无人机对指定水域进行水文监测,无需监测人员定时巡检。
技术方案:本发明所述的基于无人机的水文监测系统,包括可调支架、发电装置、监测无人机以及无人机充电机构;
发电装置安装在可调支架上,由可调支架调节发电装置的朝向以及高度位置;在可调支架的下部安装有一个保护箱;在保护箱内设置有蓄电池;发电装置用于为蓄电池充电;无人机充电机构安装在可调支架上,用于停放并为监测无人机充电;监测无人机用于进行水文监测;
在保护箱内设置有基站控制器、4G通信模块以及主蓝牙通信模块;4G通信模块以及主蓝牙通信模块均与基站控制器电连接;蓄电池通过主无线充电电路为无人机充电机构供电;在监测无人机上安装有飞行控制器以及从蓝牙通信模块;从蓝牙通信模块与飞行控制器电连接,且从蓝牙通信模用于在监测无人机停靠充电时与主蓝牙通信模块通信。
进一步的,可调支架包括支架管、底板以及升降管;支架管的下端安装在底板的中心处;升降管的下端插装在支架管上;在升降管上竖向间隔设置有多个定位孔;在支架管的上管口处螺纹旋合有一个端部插装在其中一个定位孔上的定位螺栓;在升降管的上端上安装有一个旋转帽;发电装置以及无人机充电机构均安装在旋转帽上;在旋转帽上螺纹旋合有一个端部用于压紧升降管的锁定螺栓;保护箱安装在支架管的下侧。
进一步的,发电装置包括风力发电单元以及太阳能发电单元;风力发电单包括风力发电机;在旋转帽的上端同轴式固定有一根竖直杆;风力发电机旋转式安装在竖直杆的上端上;风力发电机通过风力发电电路为蓄电池充电;太阳能发电单元安装在旋转帽上。
进一步的,太阳能发电单元包括长臂、角度调节机构、多个太阳能电池板以及多个电池板背板;长臂的近端固定在旋转帽上;各个多个太阳能电池板分别安装在电池板背板的上侧面上;角度调节机构安装在在长臂上,各个电池板背板均安装在角度调节机构上,由角度调节机构调整各个电池板背板的倾斜角度;各个太阳能电池板均通过太阳能发电电路为蓄电池充电。
进一步的,角度调节机构包括角度调节齿条、移动座、角度调节螺栓以及多个角度调节转轴;在长臂内沿长度方向设置有一个齿条导轨;角度调节齿条滑动安装在齿条导轨上;移动座固定在角度调节齿条的端部上;角度调节螺栓旋转式同轴安装在长臂的远端上,且角度调节螺栓的端部伸入长臂后螺纹旋合在移动座上;各个角度调节转轴均旋转式水平贯穿长臂;每个角度调节转轴上均安装有与角度调节齿条相啮合的角度调节齿轮;在角度调节转轴的两端上均固定有旋转座;在每个旋转座上均设置有一个连接柱;各个电池板背板分别固定在各个连接柱的上端上。
进一步的,无人机充电机构包括充电盒、短臂、平台面板、升降筒、升降单元以及居中单元;短臂的近端固定在旋转帽上;充电盒固定在短臂的远端上;平台面板水平固定在充电盒的上侧面上;升降筒的下端固定在充电盒的下侧内壁上,上端贯穿平台面板的中心并延伸至平台面板的上侧面;在升降筒的竖向内壁上安装有多个主无线充电线圈;蓄电池通过主无线充电电路为各个主无线充电线圈供电;在主无线充电线圈的供电线路上串接有一个与基站控制器电连接的无线充电开关;升降单元安装在升降筒内,用于带动监测无人机升降;居中单元安装在平台面板上,用于将监测无人机居中至升降单元上;升降单元以及居中单元均由基站控制器驱动控制。
进一步的,居中单元包括居中驱动机构以及四个操纵分支;操纵分支包括平移座、摆杆以及居中推杆;在平台面板的上侧面上设置有四个与充电盒相连通的T形槽,且四个T形槽呈十字形分布;四个操纵分支的平移座分别滑动设置在四个T形槽内,摆杆的下端铰接在平移座上,上端固定在居中推杆的中部,且居中推杆与对应侧的平台面板边缘相平行;
居中驱动机构用于先后驱动左右两个平移座以及前后两平移座移动,且居中驱动机构由基站控制器驱动控制。
进一步的,居中驱动机构包括横向调节驱动电机、纵向调节驱动电机、两个外齿圈以及四个绕线盘;其中两个绕线盘分别旋转式安装在升降筒上部的左右两侧;另外两个绕线盘分别旋转式安装在升降筒下部的前后两侧;在四个绕线盘上均同轴固定有驱动齿轮;两个外齿圈旋转式安装在升降筒上;横向调节驱动电机以及纵向调节驱动电机均安装在升降筒上;在横向调节驱动电机以及纵向调节驱动电机的输出轴上均安装有主动齿轮;横向调节驱动电机上的主动齿轮以及纵向调节驱动电机上的主动齿轮分别与上下两侧的外齿圈相啮合;在外齿圈的一侧端面上间隔设置有若干驱动轮齿;两个外齿圈上的驱动轮齿分别与对应高度的两个驱动齿轮相啮合;四个绕线盘分别通过一根驱动拉绳与对应侧的摆杆相连接;在四个平移座上均安装有按压驱动拉绳的按压滑轮;在平台面板的前后左右四侧边缘上均安转有一个保护盒;在保护盒内旋转式安转有卷线盘;在卷线盘与对应侧平移座之间连接有一根复位拉绳;在卷线盘与保护盒之间安转有一个驱动卷线盘复位的复位卷簧;
基站控制器分别通过横向调节驱动电路以及纵向调节驱动电路先后驱动横向调节驱动电机以及纵向调节驱动电机旋转。
进一步的,升降单元包括升降调节驱动电机、升降调节丝杆、内螺纹套管以及升降平台;升降调节丝杆旋转式竖向安装在升降筒内;升降调节驱动电机用于通过齿轮传动驱动升降调节丝杆旋转;内螺纹套管的下端螺纹旋合在升降调节丝杆上,上端固定在升降平台的下侧面上;升降平台的边缘紧贴升降筒的内壁;基站控制器通过升降驱动电路驱动升降调节驱动电机旋转;在升降平台上侧面的中心处设置有一个与基站控制器电连接的指示灯。
进一步的,监测无人机包括无人机外壳、摄像头、雷达流速仪、旋转调节电机、俯仰调节电机、U型支架以及四个飞行驱动电机;四个飞行驱动电机分别通过悬臂安装在无人机外壳的四个竖向侧面上,且四个悬臂呈十字形分布;旋转调节电机安装在无人机外壳内;在旋转调节电机的输出轴上对接有一个伸出无人机外壳的旋转调节轴;U型支架的水平支架板固定在调节轴下端上;在U型支架的两个竖向支架板之间旋转式连接有一根俯仰调节轴;俯仰调节电机安装在U型支架上,通过齿轮传动驱动俯仰调节轴旋转;摄像头以及雷达流速仪均安装在俯仰调节轴上;在无人机外壳下侧面的四个顶角处均竖向固定有一个起落支脚;在每两个相邻的起落支脚上均安装有从无线充电线圈;飞行控制器以及从蓝牙通信模块均安装在在无人机外壳内,且在无人机外壳内还安装有与飞行控制器电连接的存储器、定位模块以及充电电池;充电电池通过供电电路为摄像头、雷达流速仪、旋转调节电机、俯仰调节电机以及四个飞行驱动电机供电;摄像头、雷达流速仪、存储器以及定位模块均与飞行控制器电连接;当从无线充电线圈与主无线充电线圈位置对应时,从无线充电线圈通过从无线充电电路对充电电池进行充电;飞行控制器通过电压检测电路监测充电电池的电压,通过飞行控制电路协调控制四个飞行驱动电机,通过俯仰调节电路驱动俯仰调节电机,通过旋转调节电路驱动旋转调节电机。
本发明与现有技术相比,其有益效果是:利用监测无人机对指定水域进行水文监测,并在监测无人机充电时通过从蓝牙通信模与主蓝牙通信模块之间的无线通信,将监测数据传输至基站控制器,再由4G通信模块将数据直接发送至远程控制中心,使监测站能获取数据,无需检测人员现场检测;利用蓄电池为无人机充电机构供电,无人机充电机构在监测无人机停靠时对监测无人机进行充电,从而使监测无人机可以长期进行水文监测,无需人员定期巡检;利用发电装置为蓄电池充电,从而延长蓄电池的供电时间;利用可调支架调节发电装置的朝向及高度位置,可以根据安装环境进行调整,提高电能转化效率。
附图说明
图1为本发明的主视图;
图2为本发明监测无人机的示意图;
图3为本发明无人机充电机构的剖视图;
图4为本发明长臂的剖视图;
图5为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1:
如图1-5所示,本发明公开的基于无人机的水文监测系统包括:可调支架、发电装置、监测无人机以及无人机充电机构;
发电装置安装在可调支架上,由可调支架调节发电装置的朝向以及高度位置;在可调支架的下部安装有一个保护箱3;在保护箱3内设置有蓄电池;发电装置用于为蓄电池充电;无人机充电机构安装在可调支架上,用于停放并为监测无人机充电;监测无人机用于进行水文监测;在保护箱3内设置有基站控制器、4G通信模块以及主蓝牙通信模块;4G通信模块以及主蓝牙通信模块均与基站控制器电连接;蓄电池通过主无线充电电路为无人机充电机构供电;在监测无人机上安装有飞行控制器以及从蓝牙通信模块;从蓝牙通信模块与飞行控制器电连接,且从蓝牙通信模用于在监测无人机停靠充电时与主蓝牙通信模块通信。
利用监测无人机对指定水域进行水文监测,并在监测无人机充电时通过从蓝牙通信模与主蓝牙通信模块之间的无线通信,将监测数据传输至基站控制器,再由4G通信模块将数据直接发送至远程控制中心,使监测站能获取数据,无需检测人员现场检测;利用蓄电池为无人机充电机构供电,无人机充电机构在监测无人机停靠时对监测无人机进行充电,从而使监测无人机可以长期进行水文监测,无需人员定期巡检;利用发电装置为蓄电池充电,从而延长蓄电池的供电时间;利用可调支架调节发电装置的朝向及高度位置,可以根据安装环境进行调整,提高电能转化效率。
进一步的,可调支架包括支架管1、底板4以及升降管2;支架管1的下端安装在底板4的中心处;升降管2的下端插装在支架管1上;在升降管2上竖向间隔设置有多个定位孔6;在支架管1的上管口处螺纹旋合有一个端部插装在其中一个定位孔6上的定位螺栓5;在升降管2的上端上安装有一个旋转帽7;发电装置以及无人机充电机构均安装在旋转帽7上;在旋转帽7上螺纹旋合有一个端部用于压紧升降管2的锁定螺栓8;保护箱3安装在支架管1的下侧。
利用支架管1、升降管2、定位孔6以及定位螺栓5之间的配合,完成对升降管2伸出支架管1长度的调节以及锁定,从而实现对发电装置的高度调节;利用旋转帽7可以实现对发电装置的朝向调节,同时利用锁定螺栓8对旋转帽7进行锁定。
进一步的,发电装置包括风力发电单元以及太阳能发电单元;风力发电单包括风力发电机24;在旋转帽7的上端同轴式固定有一根竖直杆25;风力发电机24旋转式安装在竖直杆25的上端上;风力发电机24通过风力发电电路为蓄电池充电;太阳能发电单元安装在旋转帽7上。
利用风力发电机24将风能转化为电能并通过风力发电电路为蓄电池充电。
进一步的,太阳能发电单元包括长臂9、角度调节机构、多个太阳能电池板13以及多个电池板背板12;长臂9的近端固定在旋转帽7上;各个多个太阳能电池板13分别安装在电池板背板12的上侧面上;角度调节机构安装在在长臂9上,各个电池板背板12均安装在角度调节机构上,由角度调节机构调整各个电池板背板12的倾斜角度;各个太阳能电池板13均通过太阳能发电电路为蓄电池充电。
利用太阳能电池板13将太阳能转化为电能并通过太阳能发电电路为蓄电池充电;利用角度调节机构调节太阳能电池板13的角度,提高电能转化效率。
进一步的,角度调节机构包括角度调节齿条19、移动座17、角度调节螺栓10以及多个角度调节转轴15;在长臂9内沿长度方向设置有一个齿条导轨18;角度调节齿条19滑动安装在齿条导轨18上;移动座17固定在角度调节齿条19的端部上;角度调节螺栓10旋转式同轴安装在长臂9的远端上,且角度调节螺栓10的端部伸入长臂9后螺纹旋合在移动座17上;各个角度调节转轴15均旋转式水平贯穿长臂9;每个角度调节转轴15上均安装有与角度调节齿条19相啮合的角度调节齿轮16;在角度调节转轴15的两端上均固定有旋转座11;在每个旋转座11上均设置有一个连接柱14;各个电池板背板12分别固定在各个连接柱14的上端上。
利用移动座17、角度调节螺栓10、角度调节齿条19、角度调节齿轮16以及角度调节转轴15之间的配合,通过旋转角度调节螺栓10驱动移动座17带动角度调节齿条19移动,从而驱动各个角度调节齿轮16带动角度调节转轴15旋转,从而使旋转座11上的连接柱14带动电池板背板12进行旋转,从而实现对太阳能电池板13的角度调节。
进一步的,无人机充电机构包括充电盒21、短臂20、平台面板48、升降筒37、升降单元以及居中单元;短臂20的近端固定在旋转帽7上;充电盒21固定在短臂20的远端上;平台面板48水平固定在充电盒21的上侧面上;升降筒37的下端固定在充电盒21的下侧内壁上,上端贯穿平台面板48的中心并延伸至平台面板48的上侧面;在升降筒37的竖向内壁上安装有多个主无线充电线圈46;蓄电池通过主无线充电电路为各个主无线充电线圈46供电;在主无线充电线圈46的供电线路上串接有一个与基站控制器电连接的无线充电开关;升降单元安装在升降筒37内,用于带动监测无人机升降;居中单元安装在平台面板48上,用于将监测无人机居中至升降单元上;升降单元以及居中单元均由基站控制器驱动控制。
利用居中单元将停靠在平台面板48上的监测无人机居中到平台面板48的中心处;利用升降单元带动监测无人机的下部进入升降筒37内,并由主无线充电线圈46对监测无人机进行无线充电,从而延长监测无人机的使用时长。
进一步的,居中单元包括居中驱动机构以及四个操纵分支;操纵分支包括平移座27、摆杆23以及居中推杆28;在平台面板48的上侧面上设置有四个与充电盒21相连通的T形槽47,且四个T形槽47呈十字形分布;四个操纵分支的平移座27分别滑动设置在四个T形槽47内,摆杆23的下端铰接在平移座27上,上端固定在居中推杆28的中部,且居中推杆28与对应侧的平台面板48边缘相平行;在居中推杆28上设置有柔性垫层29;
居中驱动机构用于先后驱动左右两个平移座27以及前后两平移座27移动,且居中驱动机构由基站控制器驱动控制。
利用居中驱动机构先后驱动左右两个平移座27以及前后两平移座27移动,对监测无人机实现居中调节,同时通过先后驱动的顺序防止四个居中推杆28同时运动产生碰撞;利用柔性垫层29防止居中推杆28撞击监测无人机。
进一步的,居中驱动机构包括横向调节驱动电机49、纵向调节驱动电机35、两个外齿圈34以及四个绕线盘32;其中两个绕线盘32分别旋转式安装在升降筒37上部的左右两侧;另外两个绕线盘32分别旋转式安装在升降筒37下部的前后两侧;在四个绕线盘32上均同轴固定有驱动齿轮33;两个外齿圈34旋转式安装在升降筒37上;横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35均安装在升降筒37上;在横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35的输出轴上均安装有主动齿轮36;横向调节驱动电机49上的主动齿轮36以及纵向调节驱动电机35上的主动齿轮36分别与上下两侧的外齿圈34相啮合;在外齿圈34的一侧端面上间隔设置有若干驱动轮齿;两个外齿圈34上的驱动轮齿分别与对应高度的两个驱动齿轮33相啮合;四个绕线盘32分别通过一根驱动拉绳31与对应侧的摆杆23相连接;在四个平移座27上均安装有按压驱动拉绳31的按压滑轮30;在平台面板48的前后左右四侧边缘上均安转有一个保护盒22;在卷线盘26与保护盒22之间安转有复位卷簧;在卷线盘26与对应侧平移座27之间连接有一根复位拉绳;在卷线盘26与保护盒22之间安转有一个驱动卷线盘26复位的复位卷簧;
基站控制器分别通过横向调节驱动电路以及纵向调节驱动电路先后驱动横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35旋转。
利用四个绕线盘32在横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35的驱动下旋转,收紧驱动拉绳31,拉扯各个摆杆23向平台面板48的中心摆动,从而实现对监测无人机的居中调节;利用两个外齿圈34、两个驱动齿轮33以及两个主动齿轮36之间的配合,便于横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35分别同步驱动上侧的两个绕线盘32以及下侧的两个绕线盘32收放驱动拉绳31;利用复位卷簧驱动卷线盘旋转,在驱动拉绳31放松时拉紧复位拉绳,使平移座27回到平台面板48边缘处进行复位。
进一步的,升降单元包括升降调节驱动电机38、升降调节丝杆39、内螺纹套管40以及升降平台41;升降调节丝杆39旋转式竖向安装在升降筒37内;升降调节驱动电机38用于通过齿轮传动驱动升降调节丝杆39旋转;内螺纹套管40的下端螺纹旋合在升降调节丝杆39上,上端固定在升降平台41的下侧面上;升降平台41的边缘紧贴升降筒37的内壁;在升降筒37的内壁上竖向设置有一个导向槽44,在升降平台41的边缘上设置有一个与导向槽44相配合的导向块;基站控制器通过升降驱动电路驱动升降调节驱动电机38旋转;在升降平台41上侧面的中心处设置有一个与基站控制器电连接的指示灯42。
利用升降调节驱动电机38通过齿轮传动驱动升降调节丝杆39旋转,驱动内螺纹套管40带动升降平台41进行升降,实现对监测无人机的升降调节,使监测无人机的下部可以伸入升降筒37内,从而便于主无线充电线圈46对监测无人机进行充电。
进一步的,监测无人机包括无人机外壳50、摄像头58、雷达流速仪59、旋转调节电机、俯仰调节电机55、U型支架61以及四个飞行驱动电机52;四个飞行驱动电机52分别通过悬臂51安装在无人机外壳50的四个竖向侧面上,且四个悬臂51呈十字形分布;旋转调节电机安装在无人机外壳50内;在旋转调节电机的输出轴上对接有一个伸出无人机外壳50的旋转调节轴62;U型支架61的水平支架板固定在调节轴62下端上;在U型支架61的两个竖向支架板之间旋转式连接有一根俯仰调节轴54;俯仰调节电机55安装在U型支架61上,通过齿轮传动驱动俯仰调节轴54旋转;摄像头58以及雷达流速仪59均安装在俯仰调节轴54上;在无人机外壳50下侧面的四个顶角处均竖向固定有一个起落支脚53;在每两个相邻的起落支脚53上均安装有从无线充电线圈60;飞行控制器以及从蓝牙通信模块均安装在在无人机外壳50内,且在无人机外壳50内还安装有与飞行控制器电连接的存储器、定位模块以及充电电池;充电电池通过供电电路为摄像头58、雷达流速仪59、旋转调节电机、俯仰调节电机55以及四个飞行驱动电机52供电;摄像头58、雷达流速仪59、存储器以及定位模块均与飞行控制器电连接;当从无线充电线圈60与主无线充电线圈46位置对应时,从无线充电线圈60通过从无线充电电路对充电电池进行充电;飞行控制器通过电压检测电路监测充电电池的电压,通过飞行控制电路协调控制四个飞行驱动电机52,通过俯仰调节电路驱动俯仰调节电机55,通过旋转调节电路驱动旋转调节电机。
利用摄像头58实时进行拍摄,当摄像头58识别到指示灯42时,飞行控制器控制监测无人机降落到升降平台41上;利用雷达流速仪59以及摄像头58在监测无人机飞行时实时监测水域信息,并储存在存储器中,并在充电时通过从蓝牙通信模块与主蓝牙通信模块之间的通信传输至基站控制器,再由基站控制器通过4G通信模块直接上传至远程控制中心,实现信息传输;利用主无线充电线圈46对准从无线充电线圈60,实现蓄电池对充电电池的无线充电;利用旋转调节电机驱动U型支架61旋转,俯仰调节电机55驱动俯仰调节轴54旋转,协调控制摄像头58以及雷达流速仪59的朝向,便于进行探测;利用定位模块实时由飞行控制器向基站控制器发送位置信息,便于远程控制中心确定监测无人机的位置。
本发明提供的基于无人机的水文监测系统中,飞行控制器以及基站控制器均采用现有的单片机控制器模块,用于实现协调控制;摄像头58采用现有的摄像头,用于进行图像采集;雷达流速仪59采用现有的雷达流速仪,用于进行水文监测;从蓝牙通信模块以及主蓝牙通信模块均采用现有的蓝牙通信模块,用于实现飞行控制器与基站控制器之间的信息交换;4G通信模块采用现有的4G通信模块,用于将信息上传至与远程控制中心;横向调节驱动电机49、纵向调节驱动电机35、升降调节驱动电机38、旋转调节电机、俯仰调节电机55以及四个飞行驱动电机52均采用现有的步进电机;升降驱动电路、横向调节驱动电路、纵向调节驱动电路、飞行控制电路、俯仰调节电路以及旋转调节电路均采用对应的步进电机驱动电路。
本发明提供的基于无人机的水文监测系统在安装使用时,由飞行控制器控制四个飞行驱动电机52带动无人机外壳50飞行,雷达流速仪59以及摄像头58实时进行信息采集并储存在存储器中,飞行控制器通过俯仰调节电路驱动俯仰调节电机55旋转带动旋转调节轴62旋转,通过旋转调节电路驱动旋转调节电机带动U型支架61旋转,协调调节雷达流速仪59以及摄像头58的朝向;
监测无人机的充电电池电量较低时,飞行控制器驱动监测无人机飞行至平台面板48的上方,当摄像头58识别到指示灯42时,监测无人机降落在平台面板48上;
之后基站控制器分别通过横向调节驱动电路以及纵向调节驱动电路先后驱动横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35旋转,四个绕线盘32在横向调节驱动电机49以及纵向调节驱动电机35的驱动下旋转,收紧驱动拉绳31,拉扯各个摆杆23向平台面板48的中心摆动,使左右两个居中推杆28先相对靠近,前后两个居中推杆28在左右两个居中推杆28复位后在相对靠近,并在完成居中后复位;
此时监测无人机位于升降平台41上,基站控制器通过升降驱动电路驱动升降调节驱动电机38旋转,使驱动内螺纹套管40带动升降平台41下降,监测无人机的下部伸入升降筒37内,直至主无线充电线圈46与从无线充电线圈60位置相对应,蓄电池对充电电池进行无线充电,并由电压检测电路实时检测充电电池的电压,当充电电池充满时,飞行控制器向基站控制器发送信号,基站控制器通过无线充电开关对主无线充电线圈46进行断电,并控制升降平台41上升,使监测无人机离开升降筒37内;
监测无人机在充电的同时,飞行控制器通过从蓝牙通信模块与主蓝牙通信模块之间的通信将存储器内的信息传输至基站控制器,再由基站控制器通过4G通信模块直接上传至远程控制中心。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于无人机的水文监测系统,其特征在于:包括可调支架、发电装置、监测无人机以及无人机充电机构;
发电装置安装在可调支架上,由可调支架调节发电装置的朝向以及高度位置;在可调支架的下部安装有一个保护箱(3);在保护箱(3)内设置有蓄电池;发电装置用于为蓄电池充电;无人机充电机构安装在可调支架上,用于停放并为监测无人机充电;监测无人机用于进行水文监测;
在保护箱(3)内设置有基站控制器、4G通信模块以及主蓝牙通信模块;4G通信模块以及主蓝牙通信模块均与基站控制器电连接;蓄电池通过主无线充电电路为无人机充电机构供电;在监测无人机上安装有飞行控制器以及从蓝牙通信模块;从蓝牙通信模块与飞行控制器电连接,且从蓝牙通信模用于在监测无人机停靠充电时与主蓝牙通信模块通信。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:可调支架包括支架管(1)、底板(4)以及升降管(2);支架管(1)的下端安装在底板(4)的中心处;升降管(2)的下端插装在支架管(1)上;在升降管(2)上竖向间隔设置有多个定位孔(6);在支架管(1)的上管口处螺纹旋合有一个端部插装在其中一个定位孔(6)上的定位螺栓(5);在升降管(2)的上端上安装有一个旋转帽(7);发电装置以及无人机充电机构均安装在旋转帽(7)上;在旋转帽(7)上螺纹旋合有一个端部用于压紧升降管(2)的锁定螺栓(8);保护箱(3)安装在支架管(1)的下侧。
3.根据权利要求2所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:发电装置包括风力发电单元以及太阳能发电单元;风力发电单包括风力发电机(24);在旋转帽(7)的上端同轴式固定有一根竖直杆(25);风力发电机(24)旋转式安装在竖直杆(25)的上端上;风力发电机(24)通过风力发电电路为蓄电池充电;太阳能发电单元安装在旋转帽(7)上。
4.根据权利要求3所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:太阳能发电单元包括长臂(9)、角度调节机构、多个太阳能电池板(13)以及多个电池板背板(12);长臂(9)的近端固定在旋转帽(7)上;各个多个太阳能电池板(13)分别安装在电池板背板(12)的上侧面上;角度调节机构安装在在长臂(9)上,各个电池板背板(12)均安装在角度调节机构上,由角度调节机构调整各个电池板背板(12)的倾斜角度;各个太阳能电池板(13)均通过太阳能发电电路为蓄电池充电。
5.根据权利要求4所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:角度调节机构包括角度调节齿条(19)、移动座(17)、角度调节螺栓(10)以及多个角度调节转轴(15);在长臂(9)内沿长度方向设置有一个齿条导轨(18);角度调节齿条(19)滑动安装在齿条导轨(18)上;移动座(17)固定在角度调节齿条(19)的端部上;角度调节螺栓(10)旋转式同轴安装在长臂(9)的远端上,且角度调节螺栓(10)的端部伸入长臂(9)后螺纹旋合在移动座(17)上;各个角度调节转轴(15)均旋转式水平贯穿长臂(9);每个角度调节转轴(15)上均安装有与角度调节齿条(19)相啮合的角度调节齿轮(16);在角度调节转轴(15)的两端上均固定有旋转座(11);在每个旋转座(11)上均设置有一个连接柱(14);各个电池板背板(12)分别固定在各个连接柱(14)的上端上。
6.根据权利要求2所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:无人机充电机构包括充电盒(21)、短臂(20)、平台面板(48)、升降筒(37)、升降单元以及居中单元;短臂(20)的近端固定在旋转帽(7)上;充电盒(21)固定在短臂(20)的远端上;平台面板(48)水平固定在充电盒(21)的上侧面上;升降筒(37)的下端固定在充电盒(21)的下侧内壁上,上端贯穿平台面板(48)的中心并延伸至平台面板(48)的上侧面;在升降筒(37)的竖向内壁上安装有多个主无线充电线圈(46);蓄电池通过主无线充电电路为各个主无线充电线圈(46)供电;在主无线充电线圈(46)的供电线路上串接有一个与基站控制器电连接的无线充电开关;升降单元安装在升降筒(37)内,用于带动监测无人机升降;居中单元安装在平台面板(48)上,用于将监测无人机居中至升降单元上;升降单元以及居中单元均由基站控制器驱动控制。
7.根据权利要求6所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:居中单元包括居中驱动机构以及四个操纵分支;操纵分支包括平移座(27)、摆杆(23)以及居中推杆(28);在平台面板(48)的上侧面上设置有四个与充电盒(21)相连通的T形槽(47),且四个T形槽(47)呈十字形分布;四个操纵分支的平移座(27)分别滑动设置在四个T形槽(47)内,摆杆(23)的下端铰接在平移座(27)上,上端固定在居中推杆(28)的中部,且居中推杆(28)与对应侧的平台面板(48)边缘相平行;
居中驱动机构用于先后驱动左右两个平移座(27)以及前后两平移座(27)移动,且居中驱动机构由基站控制器驱动控制。
8.根据权利要求7所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:居中驱动机构包括横向调节驱动电机(49)、纵向调节驱动电机(35)、两个外齿圈(34)以及四个绕线盘(32);其中两个绕线盘(32)分别旋转式安装在升降筒(37)上部的左右两侧;另外两个绕线盘(32)分别旋转式安装在升降筒(37)下部的前后两侧;在四个绕线盘(32)上均同轴固定有驱动齿轮(33);两个外齿圈(34)旋转式安装在升降筒(37)上;横向调节驱动电机(49)以及纵向调节驱动电机(35)均安装在升降筒(37)上;在横向调节驱动电机(49)以及纵向调节驱动电机(35)的输出轴上均安装有主动齿轮(36);横向调节驱动电机(49)上的主动齿轮(36)以及纵向调节驱动电机(35)上的主动齿轮(36)分别与上下两侧的外齿圈(34)相啮合;在外齿圈(34)的一侧端面上间隔设置有若干驱动轮齿;两个外齿圈(34)上的驱动轮齿分别与对应高度的两个驱动齿轮(33)相啮合;四个绕线盘(32)分别通过一根驱动拉绳(31)与对应侧的摆杆(23)相连接;在四个平移座(27)上均安装有按压驱动拉绳(31)的按压滑轮(30);在平台面板(48)的前后左右四侧边缘上均安转有一个保护盒(22);在保护盒(22)内旋转式安转有卷线盘(26);在卷线盘(26)与对应侧平移座(27)之间连接有一根复位拉绳;在卷线盘(26)与保护盒(22)之间安转有一个驱动卷线盘(26)复位的复位卷簧;
基站控制器分别通过横向调节驱动电路以及纵向调节驱动电路先后驱动横向调节驱动电机(49)以及纵向调节驱动电机(35)旋转。
9.根据权利要求6所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:升降单元包括升降调节驱动电机(38)、升降调节丝杆(39)、内螺纹套管(40)以及升降平台(41);升降调节丝杆(39)旋转式竖向安装在升降筒(37)内;升降调节驱动电机(38)通过齿轮传动驱动升降调节丝杆(39)旋转;内螺纹套管(40)的下端螺纹旋合在升降调节丝杆(39)上,上端固定在升降平台(41)的下侧面上;升降平台(41)的边缘紧贴升降筒(37)的内壁;基站控制器通过升降驱动电路驱动升降调节驱动电机(38)旋转;在升降平台(41)上侧面的中心处设置有一个与基站控制器电连接的指示灯(42)。
10.根据权利要求6所述的基于无人机的水文监测系统,其特征在于:监测无人机包括无人机外壳(50)、摄像头(58)、雷达流速仪(59)、旋转调节电机、俯仰调节电机(55)、U型支架(61)以及四个飞行驱动电机(52);四个飞行驱动电机(52)分别通过悬臂(51)安装在无人机外壳(50)的四个竖向侧面上,且四个悬臂(51)呈十字形分布;旋转调节电机安装在无人机外壳(50)内;在旋转调节电机的输出轴上对接有一个伸出无人机外壳(50)的旋转调节轴(62);U型支架(61)的水平支架板固定在调节轴(62)下端上;在U型支架(61)的两个竖向支架板之间旋转式连接有一根俯仰调节轴(54);俯仰调节电机(55)安装在U型支架(61)上,通过齿轮传动驱动俯仰调节轴(54)旋转;摄像头(58)以及雷达流速仪(59)均安装在俯仰调节轴(54)上;在无人机外壳(50)下侧面的四个顶角处均竖向固定有一个起落支脚(53);在每两个相邻的起落支脚(53)上均安装有从无线充电线圈(60);飞行控制器以及从蓝牙通信模块均安装在在无人机外壳(50)内,且在无人机外壳(50)内还安装有与飞行控制器电连接的存储器、定位模块以及充电电池;充电电池通过供电电路为摄像头(58)、雷达流速仪(59)、旋转调节电机、俯仰调节电机(55)以及四个飞行驱动电机(52)供电;摄像头(58)、雷达流速仪(59)、存储器以及定位模块均与飞行控制器电连接;当从无线充电线圈(60)与主无线充电线圈(46)位置对应时,从无线充电线圈(60)通过从无线充电电路对充电电池进行充电;飞行控制器通过电压检测电路监测充电电池的电压,通过飞行控制电路协调控制四个飞行驱动电机(52),通过俯仰调节电路驱动俯仰调节电机(55),通过旋转调节电路驱动旋转调节电机。
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