CN207851305U - 一种长航时无人机独立gps定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了无人机GPS定位技术领域的一种长航时无人机独立GPS定位系统，包括充电模块、无人机电源、备用电池、电源切换模块、电压监控模块、MCU、GPS模块、GSM模块和服务器，所述充电模块电性连接无人机电源和备用电池，所述无人机电源和备用电池电性连接电源切换模块，所述电源切换模块电性连接电压监控模块，所述电压监控模块电性连接MCU，在无人机供能系统正常工作的情况下，实现在无人机飞行过程中给备用电池进行充电，保证在无人机供能停止时备用电池保持充满电的状态，再通过检测输出电压，当电池电压低于一定点时切断电源，保护电池。

Description

一种长航时无人机独立GPS定位系统

技术领域

本实用新型涉及无人机GPS定位技术领域，具体为一种长航时无人机独立GPS定位系统。

背景技术

现在市场上的长航时无人机可以持续飞行4个小时，飞行范围可以达到20公里，当使用长航时无人机进行巡林等作业时出现故障，紧急迫降、飞丢、炸机等状况时，无人机供能电源会停止供电，无人机飞手只能收到飞机出现故障时的位置信息，无人机在复杂环境坠机时，此位置信息基本不具备参考价值，会导致无人机无法回收，在极端情况下甚至可能引发森林火灾等问题而无法及时找到发生位置并及时处理，故无人机亟需一种长效供电GPS定位系统，方便寻找，基于此，本实用新型设计了一种长航时无人机独立GPS定位系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种长航时无人机独立GPS定位系统，以解决上述背景技术中提出的实际无人机上亟需一种长效供电的GPS定位系统的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种长航时无人机独立GPS定位系统，包括充电模块、无人机电源、备用电池、电源切换模块、电压监控模块、MCU、GPS模块、GSM模块和服务器，所述充电模块电性连接无人机电源和备用电池，所述无人机电源和备用电池电性连接电源切换模块，所述电源切换模块电性连接电压监控模块，所述电压监控模块电性连接MCU，所述MCU双向电性连接GPS模块和GSM模块，所述GSM模块双向电性连接服务器；

所述充电模块包括芯片U3，所述芯片U3的VCC端口并接有电容C13、发光二极管CHARGER-OK正极和芯片U3的CE端口，所述电容C13接地，所述发光二极管CHARGER-OK的负极串联有电阻R11，所述电阻R11的另一端串联芯片U3的STDBY端口，所述芯片U3的CE端口串接有发光二极管CHARGING正极，所述发光二极管CHARGING的负极串联有电阻R10，所述电阻R10的另一端串联芯片U3的CHRG端口，所述芯片U3的BAT端口并接有电容C14、电阻R15和电阻R16，所述电容C14和电阻R16接地，所述电阻R15串联VBAT端，所述芯片U3的TEMP端口并接电阻R9和芯片U3的GND端口，所述电阻R9的另一端与芯片U3的PROG端口连接；

所述电源切换模块包括芯片U5和芯片U2，所述芯片U5的VIN端口并联有芯片U5的EN端口、+5V电源和芯片U2的SENSE端口，所述芯片U5的GND端口接地，所述芯片U5的VOUT端口并联有电容C17、电阻R17和稳压二极管D1，所述电容C17接地，所述电阻R17的另一端并联有芯片U5的BP端口和电阻R18，所述电阻R18的另一端接地，所述稳压二极管D1串联有稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的负极并联有MOS管Q1源极和VIN端，所述MOS管Q1的栅极串联芯片U2的GATE端口，所述MOS管Q1的漏极并联有VBAT端和芯片U5的VIN端口，所述芯片U2的STAT端口串联电阻R8，所述电阻R8的另一端串联VBAT端，所述芯片U2的CTL和GND端口均接地。

优选的，所述备用电池为1S锂电池。

优选的，所述电压监控模块包括电压传感器和微处理器，且电压传感器与微处理器信号连接。

优选的，所述GSM模块通过SIM卡、串口和无线网络与服务器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过电压监控模块实时监测输出电压，确定无人机供能系统是否正常工作，利用MCU接收通信和定位反馈后，根据情况发送应对当前状况的AT指令，改变GPS模块和GSM模块的配置，即调整GPS与地面基站定位的优选顺序，从而应更好的应对环境变化，当无人机供能系统无法正常工作，能实现无人机电源和备用电池的无缝切换，在切换后不影响GPS系统正常工作，在无人机供能系统正常工作的情况下，实现在无人机飞行过程中给备用电池进行充电，保证在无人机供能停止时备用电池保持充满电的状态，再通过检测输出电压，当电池电压低于一定点时切断电源，保护电池，MCU控制GSM模块在无人机正常飞行时发送一次数据(包括：经度、纬度、高度、UTC时间、2D/3D、卫星数量、对地速度、对地航向)；当电源切换为备用电池后，缩短每次发送一次数据的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型原理框图；

图2为图1中充电模块电路图；

图3为图1中电源切换模块电路图；

图4为本实用新型工作流程图；

图5为本实用新型定位流程图；

图6为图1中服务器设备信息界面图；

图7为图1中服务器设备位置信息图；

图8为图1中服务器设备位置轨迹图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-充电模块，2-无人机电源，3-备用电池，4-电源切换模块，5-电压监控模块，6-MCU，7-GPS模块，8-GSM模块，9-服务器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-8，本实用新型提供一种技术方案：一种长航时无人机独立GPS定位系统，包括充电模块1、无人机电源2、备用电池3、电源切换模块4、电压监控模块5、MCU 6、GPS模块7、GSM模块8和服务器9，充电模块1电性连接无人机电源2和备用电池3，无人机电源2和备用电池3电性连接电源切换模块4，电源切换模块4电性连接电压监控模块5，电压监控模块5电性连接MCU6，MCU6双向电性连接GPS模块7和GSM模块8，GSM模块8双向电性连接服务器9；

充电模块1包括芯片U3，芯片U3的VCC端口并接有电容C13、发光二极管CHARGER-OK正极和芯片U3的CE端口，电容C13接地，发光二极管CHARGER-OK的负极串联有电阻R11，电阻R11的另一端串联芯片U3的端口，芯片U3的CE端口串接有发光二极管CHARGING正极，发光二极管CHARGING的负极串联有电阻R10，电阻R10的另一端串联芯片U3的端口，芯片U3的BAT端口并接有电容C14、电阻R15和电阻R16，电容C14和电阻R16接地，电阻R15串联VBAT端，芯片U3的TEMP端口并接电阻R9和芯片U3的GND端口，电阻R9的另一端与芯片U3的PROG端口连接；

电源切换模块4包括芯片U5和芯片U2，芯片U5的VIN端口并联有芯片U5的EN端口、+5V电源和芯片U2的SENSE端口，芯片U5的GND端口接地，芯片U5的VOUT端口并联有电容C17、电阻R17和稳压二极管D1，电容C17接地，电阻R17的另一端并联有芯片U5的BP端口和电阻R18，电阻R18的另一端接地，稳压二极管D1串联有稳压二极管D2，稳压二极管D2的负极并联有MOS管Q1源极和VIN端，MOS管Q1的栅极串联芯片U2的GATE端口，MOS管Q1的漏极并联有VBAT端和芯片U5的VIN端口，芯片U2的STAT端口串联电阻R8，电阻R8的另一端串联VBAT端，芯片U2的CTL和GND端口均接地。

其中，备用电池3为1S锂电池，电压监控模块5包括电压传感器和微处理器，且电压传感器与微处理器信号连接，GSM模块8通过SIM卡、串口和无线网络与服务器9连接。

本实施例的一个具体应用为：通过电压监控模块5检测的电压高于备用电池3的最高电压时(1S锂电池最高电压为4.2V)，可以判断是由无人机电源2给GPS模块7供电，可以判断出无人机正常运行，为防止GSM模块8干扰飞行时的信号，GPS模块7通过MCU 6定时15分钟控制GSM模块8打开GSM网络发送一次数据，然后关闭GSM网络；当监测到的电压小于等于备用电池3的最高电压时(1S锂电池最高电压为4.2V)时，判断为备用电池3供电，通过MCU 6使GSM模块8的GSM网络一直打开，GPS模块7以模块最大发送速度发送一次位置信息并给服务器9报警，当电压低于备用电池3的放电电压中间值(1S锂电池为3.9V)时系统进入休眠状态，等待服务器9唤醒系统，当电压低于备用电池3的放电最低电压(1S锂电池为3.7V)时，电源断开，保护电池，在无人机正常工作时系统由+5V供电，当无人机能源系统无法工作(+5V断开)时，自动切换到VBAT端供电(即电池供电)，电源切换过程中系统不断电，在无人机功能出现问题时保证系统的正常工作，通过监测电压的结果来控制MOS管Q1开关实现电源的切换，充电模块1在无人机正常工作的状态下，借由无人机电源2(+5V)给电池充电，保证在飞行过程中备用电池3一直保持在充满电的状态，发光二极管CHARGING灯亮表示正在充电，发光二极管CHARGER-OK灯亮表示电池处于满电状态，通过电池不同电量时的恒压、恒流的方式对锂电池进行充电。

本系统使用的是GPS和GSM双模的模块，开始先检测GSM模块8的信号强度，当信号强度大于等于19后，打开GPS模块7电源开关，进行复位暖启动，然后获取卫星信息，当搜索到的卫星数大于等于4后，获取当前位置信息并发送至服务器9，服务器9用于接收无人机位置数据和发送指令并显示在人机交互界面上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种长航时无人机独立GPS定位系统，包括充电模块(1)、无人机电源(2)、备用电池(3)、电源切换模块(4)、电压监控模块(5)、MCU(6)、GPS模块(7)、GSM模块(8)和服务器(9)，其特征在于：所述充电模块(1)电性连接无人机电源(2)和备用电池(3)，所述无人机电源(2)和备用电池(3)电性连接电源切换模块(4)，所述电源切换模块(4)电性连接电压监控模块(5)，所述电压监控模块(5)电性连接MCU(6)，所述MCU(6)双向电性连接GPS模块(7)和GSM模块(8)，所述GSM模块(8)双向电性连接服务器(9)；

所述充电模块(1)包括芯片U3，所述芯片U3的VCC端口并接有电容C13、发光二极管CHARGER-OK正极和芯片U3的CE端口，所述电容C13接地，所述发光二极管CHARGER-OK的负极串联有电阻R11，所述电阻R11的另一端串联芯片U3的端口，所述芯片U3的CE端口串接有发光二极管CHARGING正极，所述发光二极管CHARGING的负极串联有电阻R10，所述电阻R10的另一端串联芯片U3的端口，所述芯片U3的BAT端口并接有电容C14、电阻R15和电阻R16，所述电容C14和电阻R16接地，所述电阻R15串联VBAT端，所述芯片U3的TEMP端口并接电阻R9和芯片U3的GND端口，所述电阻R9的另一端与芯片U3的PROG端口连接；

所述电源切换模块(4)包括芯片U5和芯片U2，所述芯片U5的VIN端口并联有芯片U5的EN端口、+5V电源和芯片U2的SENSE端口，所述芯片U5的GND端口接地，所述芯片U5的VOUT端口并联有电容C17、电阻R17和稳压二极管D1，所述电容C17接地，所述电阻R17的另一端并联有芯片U5的BP端口和电阻R18，所述电阻R18的另一端接地，所述稳压二极管D1串联有稳压二极管D2，所述稳压二极管D2的负极并联有MOS管Q1源极和VIN端，所述MOS管Q1的栅极串联芯片U2的GATE端口，所述MOS管Q1的漏极并联有VBAT端和芯片U5的VIN端口，所述芯片U2的STAT端口串联电阻R8，所述电阻R8的另一端串联VBAT端，所述芯片U2的CTL和GND端口均接地。

2.根据权利要求1所述的一种长航时无人机独立GPS定位系统，其特征在于：所述备用电池(3)为1S锂电池。

3.根据权利要求1所述的一种长航时无人机独立GPS定位系统，其特征在于：所述电压监控模块(5)包括电压传感器和微处理器，且电压传感器与微处理器信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种长航时无人机独立GPS定位系统，其特征在于：所述GSM模块(8)通过SIM卡、串口和无线网络与服务器(9)连接。