CN201584918U - 一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置 - Google Patents

一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及可长期驻空的飞艇技术领域，具体涉及一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置。它包括无线通信接入设备和无线通信终端。所述的无线通信接入设备与中心管理计算机相连，包括射频模块、微处理器模块、接口模块。无线通信终端采用太阳能独立供电方式，包括微处理器模块、射频模块、太阳能电池板、DC/DC模块、蓄电池、充电模块，以及电源管理模块。本实用新型能省去通信电缆和电源电缆，减轻飞艇平台重量，提高飞艇的可靠性和可扩展性。

Description

一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置
技术领域
本实用新型涉及可长期驻空的飞艇技术领域，具体涉及一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置。
背景技术
飞艇依靠静升力驻空，可在空中定点悬停、主动控制和慢速机动，是一种可控的浮空器。平流层飞艇可在20km高度长期驻留，是用来执行对地观测和通信中继等任务的理想平台，在各领域都有广泛的应用前景，得到世界各国重视。
由于平流层空气稀薄、压力低，在20km左右高度，压力仅有5500Pa，因此为了提供足够的升力，具有一定载荷能力的平流层飞艇一般都体积巨大，长度通常都在100m以上。
为了有效地管理飞艇，实时了解飞艇的工作状态，需要在飞艇的不同部位安装大量的不同种类传感器。传感器采集到的各种状态数据，如：太阳能电池板的温度、蒙皮的应力、各艇囊内的压力、湿度和温度等，通过通信网络传输到负责艇务管理的中心计算机，中心计算机对传感器信息进行处理分析后，获取飞艇自身的健康状态，并根据需要向各分系统发出指令，控制调整飞艇的工作状态，确保飞艇可靠运行。从理论上讲，飞艇的传感器越多，获取本身的状态信息就越完整，就越有利于飞艇的管理和控制。
目前常见的平流层飞艇设计方案中，传感器通常采用有线通信和集中供电的方式。所谓有线通信是指传感器与艇务中心计算机之间的信息传输采用有线方式，例如最常见的R232串行总线；所谓集中供电是指传感器的能源由飞艇的能源系统统一提供。采取以上方案，每个传感器与中心计算机和供配电系统之间都存在一组电缆，用来传输信号和能源；每个传感器的信号线都要与艇务计算机的接口板之间有接插件连接，这会对整个飞艇平台产生不利影响：
1.大量的电缆增加了平台的重量，由于飞艇体积很大，传感器距中心计算机和供电单元可能会很远，这些电缆的重量不可忽视，会影响飞艇的承载比，有可能使飞艇变得更大。
2.大量的电缆不利于飞艇总体设计的布局和安装。
3.大量接插件的存在会降低系统的可靠性，同时也使计算机接口板变的很复杂。
4.可扩展性差，由于每个传感器都要通过某种串行接口与中心计算机通信，因此当设计完成后，增加传感器单元就变得很困难，甚至不可能。
针对巨型飞艇上传感器系统电缆重量大、布线复杂、可靠性不高、可扩展性不强的问题，本实用新型专利提出了以无线通信替代有线通信，从而省去通信电缆；以自带小型太阳能电池独立供电装置替代集中供电，从而省去电源电缆的方案，来克服以上问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，它能省去通信电缆和电源电缆，减轻飞艇平台重量，提高飞艇的可靠性和可扩展性。
实现本实用新型目的的技术方案：一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，包括无线通信接入设备和无线通信终端，其特征在于：所述的无线通信接入设备与中心管理计算机相连，包括负责无线数据收发的射频模块、负责多路无线通信数据处理的微处理器模块；负责与中心计算机通信的接口模块；所述的无线通信终端采用太阳能独立供电方式，包括提供传感器接口和数据采集处理功能的微处理器模块；提供无线数据收发的射频模块；完成光电转换的太阳能电池板；输出稳定电压的DC/DC模块；进行电能存储的蓄电池；对蓄电池进行充电的充电模块；对蓄电池充放电和电源切换管理的电源管理模块。
如上所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，微处理器模块采用单片机、ARM或者DSP。
如上所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，中心管理计算机与传感器间的通信采用无线通信。
如上所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，太阳能电池板采用层叠太阳能电池板，铺设于飞艇表面。
如上所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，蓄电池采用锂离子电池，或者镍氢电池，或者镍镉电池。
与有线通信和集中供电的现有方式相比，本实用新型的效果在于：
1.可显著减轻传感器系统的重量。由于省去了传感器与中心计算机和供配电单元之间的电缆连接，因此可显著减轻传感器系统及平台的重量。
2.可显著简化传感器系统的设计和安装。由于省去了连接电缆，因此省去了复杂的布线和安装。
3.可显著提高传感器系统的可扩展性。由于采用了无线通信的方式，在增加和删除设备时不再受电缆布线和接插件的限制，只需在中心计算机上进行软件的配置就可实现传感器节点的增减。
4.可提高传感器系统的可靠性。由于采用无线通信方式，省去大量的物理接插件，可以在一定程度上提高系统的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型所提供的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置中无线通信接入设备的示意图；
图2为本实用新型所提供的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置中无线通信终端的示意图；
图3为实施例中一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
如图1、图2所示，一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，包括无线通信接入设备和无线通信终端。
无线通信接入设备完成与各个无线通信终端的无线通信、数据处理以及与中心计算机的通信。无线通信接入设备与中心管理计算机相连，包括负责无线数据收发的射频模块、负责多路无线通信数据处理的微处理器模块；负责与中心计算机通信的接口模块。射频模块RF，可以根据具体应用需求，如通信距离、传输速率等要求，采用相应的射频模块。微处理器模块MCU，可以根据数据处理的要求选择单片机、ARM或者DSP等通用微处理器。接口模块，可以根据需要选择板级总线PCI、WMEN等，或串行总线USB、RS232、RS422、RS485、FireWire等。
无线通信终端，完成传感器数据的采集、独立供电和与无线通信接入设备间的无线通信。无线通信终端包括提供传感器接口和数据采集处理功能的微处理器；提供无线数据收发的射频模块；完成光电转换的太阳能电池板；输出稳定电压的DC/DC模块；进行电能存储的蓄电池；对蓄电池进行充电的充电模块；对蓄电池充放电和电源切换管理的电源管理模块。微处理器MCU可以根据需要采用单片机、ARM或者DSP等通用微处理器。射频模块RF与无线通信接入设备的RF匹配。太阳能电池板，铺设在飞艇表面光照较好处，通过光电效应，将光能转换为电能。DC/DC模块可采用成熟产品，该模块能够把太阳能电池板提供的不稳定直流电压转换成无线通信装置所需的直流稳定电压。充电模块，在光照充足时完成对蓄电池的充电，可根据蓄电池种类采用相应电路。蓄电池，可采用锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池等。电源管理模块负责供配电管理，在白天光照充足时，DC/DC直接对各负载进行供电，在夜间则切换到蓄电池供电模式。
为了更好的提高集成度，减轻重量，可以利用混合集成电路技术把无线通信终端中的部分电路集成为一个通用模块，如图2中虚线所示部分。
实施例中，无线通信协议采用了ZigBee协议；无线通信接入设备与中心管理计算机的连接采用了RS232接口；太阳能电池板采用层叠太阳能电池板，蓄电池采用了锂离子电池。
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低成本的无线传感器网络技术，本实用新型采用ZigBee协议中定义的星型拓扑结构。ZigBee协议中定义了两种相互配合使用的物理设备：全功能设备和精简功能设备。全功能设备可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何一种设备进行通信。精简功能设备，可以和网络协商者进行通信，实现简单。如图3所示，在本实用新型中，中心管理计算机一端的无线通信接入设备采用全功能设备，传感器一端的无线通信终端采用精简功能设备。全功能设备通过RS232接口与负责管理的中心管理计算机进行通信。
独立供电无线通信终端的太阳能电池采用了层叠太阳能电池板，层叠太阳能电池能有效地改善单个太阳能电池光谱吸收范围窄，光吸收利用效率低的问题，可有效地提高太阳能电池对光谱的吸收转换效率，其光电转换效率可高达25％～30％。在具体使用时，太阳能电池板可通过粘合等方式铺设在飞艇蒙皮表面日照较好部位，处于艇囊内的传感器，太阳能电池可与通信模块分离安装；太阳能电池板的测温传感器能源装置可直接铺敷在飞艇太阳能电池表面，按太阳能板测温传感器分布密度和本装置供电用太阳能面积估算，对整个能源系统的影响约在0.01％左右。蓄电池采用了比能量较高的锂离子充电电池。
下面分别介绍本实用新型装置的无线通信过程和独立供电过程。
无线通信过程如下：无线通信终端通过其提供的通用接口定时采集传感器信息，ZigBee精简功能设备将采集的信息按照ZigBee协议打包，并通过射频模块发送到与中心计算机相连的ZigBee全功能设备，全功能设备对接收的数据解码，编址，并重新打包后通过RS232串行总线传输到负责管理的中心管理计算机。
无线通信终端供电装置工作过程如下：在白天有日照条件时，太阳能电池板通过光电效应把光能转化为电能，并输出到DC/DC变换器；DC/DC变换器把太阳能电池输出的不稳定直流电压，转换为稳定的直流输出，同时提供给电源管理模块和充电模块；电源管理模块将DC/DC输出的电能输送到传感器和无线通信设备等负载，同时根据锂离子电池的剩余电量情况，控制充电模块对锂离子电池进行充电；进入夜间后，太阳能电池阵停止电能输出，电源管理模块把来自锂离子电池的电能输送到各负载。
综上所述，本实用新型提供一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，具有重量轻、布线安装简单、易于扩展和可靠性高的特点。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，包括无线通信接入设备和无线通信终端，其特征在于：所述的无线通信接入设备与中心管理计算机相连，包括负责无线数据收发的射频模块、负责多路无线通信数据处理的微处理器模块；负责与中心计算机通信的接口模块；所述的无线通信终端采用太阳能独立供电方式，包括提供传感器接口和数据采集处理功能的微处理器模块；提供无线数据收发的射频模块；完成光电转换的太阳能电池板；输出稳定电压的DC/DC模块；进行电能存储的蓄电池；对蓄电池进行充电的充电模块；对蓄电池充放电和电源切换管理的电源管理模块。
2.按照权利要求1所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，其特征在于：所述的微处理器模块采用单片机、ARM或者DSP。
3.按照权利要求1所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，其特征在于：所述的中心管理计算机与传感器间的通信采用无线通信。
4.按照权利要求1所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，其特征在于：所述的太阳能电池板采用层叠太阳能电池板，铺设于飞艇表面。
5.按照权利要求1所述的一种用于巨型飞艇的独立供电无线通信装置，其特征在于：所述的蓄电池采用锂离子电池，或者镍氢电池，或者镍镉电池。
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CN103516384A (zh) * 2012-06-20 2014-01-15 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 具收集电能功能的移动通信设备
CN103795274A (zh) * 2014-03-11 2014-05-14 北京远方动力可再生能源科技发展有限公司 控制逆变一体机

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