CN216210661U - 一种用于遥感测绘的水利工程无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于遥感测绘的水利工程无人机，包括无人机飞行数据采集装置、无人机主控系统；数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器分别与无人机控制器连接；陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS分别与无人机控制器连接；无线数据传输装置还与地面服务器连接，电子调速器还与螺旋桨电机连接；通过此种设计达到解决无人机无论是高空还是近地面都能平稳飞行的目的，同时解决无人机飞行过程中的障碍检测的问题。

Description

一种用于遥感测绘的水利工程无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于遥感测绘的水利工程无人机。

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。

本实用新型涉及专利申请号为CN201521141578.5，专利名称为多自由度惯性传感器四轴无人机自主导航飞行控制器的已授权实用新型专利，其包括安装在无人机内的DSP处理器，DSP处理器由电源模块供电，DSP处理器分别通过系统总线直接连接惯性传感器和气压高度传感器并将惯性传感器和气压高度传感器集成为一体，DSP处理器还与无线数据传输电台连接并能够通过无线数据传输电台与地面站控制系统进行无线通讯，DSP处理器的信息输出端连接有电子调速器，所述电子调速器与无人机的电机连接并能够控制无人机电机的速度。其优点是：处理器通过板级总线与惯性导航传感器、大气数据传感器集成为一体并能进行交换数据；这样的集成化设计减少了系统级串行通信、提高了惯性数据更新速率，增加了系统的可靠性，降低了成本、体积、重量及功耗。

但是该方案采用气压传感器所提供的数据能协助无人机导航，上升到所需的高度，实现准确估计上升下降速度的目的，但是这种方式仅适用于高空飞行，在近地面飞行时，利用气压传感器是无法应对的，同时其还忽略了无人机飞行过程中避障的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决使用现有的方案在无人机近地面飞行时的高度控制的问题；同时解决无人机飞行过程中的障碍物的检测的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，包括无人机飞行数据采集装置、无人机主控系统；

所述无人机飞行数据采集装置包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS；

所述无人机主控系统包括无线数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器、无人机控制器；

所述数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器分别与无人机控制器连接；

所述陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS分别与无人机控制器连接；

所述无线数据传输装置还与地面服务器连接，电子调速器还与螺旋桨电机连接；

所述陀螺仪用于监测无人机三轴俯仰、翻滚和偏摆时角度的变化率，所述磁罗盘用于监测无人机在XYZ各轴向所承受磁场的数据，所述气压传感器用于监测无人机所受地球的大气压力，所述GPS用于检测无人机自身所在位置，所述红外线传感器用于检测无人机飞行过程中的障碍物，所述加速度计用于监测无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力以及监测无人机水平及垂直方向的线性加速数值。

进一步的，所述无人机控制器还连接有电流传感器。

进一步的，所述供电装置包括太阳能电池板、锂电池组、变压器、蓄电池，所述太阳能电池板与变压器连接，变压器与蓄电池连接，蓄电池与无人机控制器连接，锂电池组与无人机控制器连接。

进一步的，所述气压传感器采用LPS22HD压力传感器。

进一步的，所述无人机控制器还连接有北斗导航系统。

进一步的，所述无人机控制器还连接有定时装置。

进一步的，所述红外线传感器采用量子型红外线传感器。

进一步的，所述测绘仪采用小型手持式测绘仪，固定设置于无人机的底部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过超声波传感器的设计，在无人机近地面飞行时，使用超声波传感器检测与地面的距离，方便无人机控制器进行高度控制，配合气压传感器的设计，实现无人机无论是在高空还是低空都能够平稳飞行的目的。

2.本实用新型通过红外线传感器的设计，在飞行过程中检测无人机前方是否存在障碍物，方便无人机控制器进行避障处理。

3.本实用新型通过测绘仪、无线通讯装置的设计，实现对地质数据的远程勘测以及数据传输，不用工作人员手持仪器到现场勘测。

附图说明

图1为本实用新型的整体系统图。

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，都属于本实用新型保护的范围。

一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，包括无人机飞行数据采集装置、无人机主控系统；

所述无人机飞行数据采集装置包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS；

所述无人机主控系统包括无线数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器、无人机控制器；

所述数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器分别与无人机控制器连接；

所述陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS分别与无人机控制器连接；

所述无线数据传输装置还与地面服务器连接，电子调速器还与螺旋桨电机连接；

所述陀螺仪用于监测无人机三轴俯仰、翻滚和偏摆时角度的变化率，所述磁罗盘用于监测无人机在XYZ各轴向所承受磁场的数据，所述气压传感器用于监测无人机所受地球的大气压力，所述GPS用于检测无人机自身所在位置，所述红外线传感器用于检测无人机飞行过程中的障碍物，所述加速度计用于监测无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力以及监测无人机水平及垂直方向的线性加速数值。

本方案的工作原理简述：

在本实用新型中，无人机在飞行过程中通过加速度计提供无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力，当无人机呈现水平静止状态，X轴与Y轴为0G输出，而Z轴则为1G输出。地球上所有对象所承受的重力均为1G。若要无人机X轴旋转90度，那么就在X轴与Z轴施以0G输出，Y轴则施以1G输出。倾斜时，XYZ轴均施以0到1G之间的输出，相关数值便可应用于三角公式，让无人机达到特定倾斜角度；加速度计同时还提供水平及垂直方向的线性加速。相关数据可做为计算速率、方向，甚至是无人机高度的变化率，加速度计还用来监测无人机所承受的震动；陀螺仪用于监测无人机三轴俯仰、翻滚和偏摆时角度的变化率，角度信息的变化能用来维持无人机稳定并防止晃动。由陀螺仪所提供的信息将汇入无人机控制器，无人机控制器通过控制电子调速器控制螺旋桨电机的运行功率控制电机速度，并提供电机稳定度。陀螺仪还能确保无人机根据用户控制装置所设定的角度旋转；磁罗盘能提供无人机在XYZ各轴向所承受磁场的数据，接着相关数据会汇入无人机控制器的运算法，以提供磁北极相关的航向角，然后就能用这些信息来侦测地理方位，配合加速度计提供倾斜角度数据以补强信息。有了倾斜数据加上磁性数据，就能计算出无人机正确方位；气压传感器运作的原理，就是利用大气压力换算出高度。气压传感器能侦测地球的大气压力，由气压传感器所提供的数据能协助无人机导航，上升到所需的高度，但是由于在近地面高度变化引起的气压变化非常小，所以对于高度的控制十分不便，所以本方案通过超声波传感器检测无人机与地面的高度信息，方便无人机控制器在近地面飞行时进行高度控制，通过气压传感器同超声波传感器结合应用的设计，就可以实现无人机无论是在高空还是低空都能够平稳飞行的目的；通过GPS检测无人机的位置，无论是设定经度纬度进行自动飞行，还是保持定位进行悬停，GPS都是极其重要的一大功能；无人机飞行过程中，红外线传感器检测无人机周围是否存在障碍物，方便无人机控制器控制无人机绕过障碍物。

进一步的，所述无人机控制器还连接有电流传感器，通过对电流的监测达到检测无人机的供电系统是否正常运行的目的。

进一步的，所述供电装置包括太阳能电池板、锂电池组、变压器、蓄电池，所述太阳能电池板与变压器连接，变压器与蓄电池连接，蓄电池与无人机控制器连接，锂电池组与无人机控制器连接，通过太阳能配合锂电池组为无人机提供能源，环保节能，高效利用自然资源。

进一步的，所述气压传感器采用LPS22HD压力传感器，意法半导体已推出的LPS22HD压力传感器，数据速率达200Hz可满足预测高度时的需求。

进一步的，所述无人机控制器还连接有北斗导航系统，通过GPS配合北斗导航系统的设计，对于无人机的定位更加精确。

进一步的，所述无人机控制器还连接有定时装置，当定时装置没计时到设定的时间间隔一次，无人机控制器都将控制无人机上的照相机进行拍照，并通过无线通讯装置发送给地面服务器，方便工作人员更加具体的了解到无人机的位置信息以及周边的环境信息。

进一步的，所述红外线传感器采用量子型红外线传感器，量子型红外线传感器虽然相对于热型的来说价格更加昂贵一些，不过其感度高、响应快速，更加适合本设计。

进一步的，所述测绘仪采用小型手持式测绘仪，固定设置于无人机的底部，通过测绘仪的设计，使得可以在水利勘探等工程应用中，无需工作人员到现场勘探，节约时间和成本。

值得注意的是：本方案中的陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS、北斗导航系统、无线数据传输装置、地面服务器、供电装置、数据存储装置、无人机控制器、照相机、小型手持测绘仪、照相机、电子调速器等均为现有技术中的常用电路或实物，本方案的创新不在于单个的电路上，而是数个模块以及电路的配合使用达到解决无人机无论是高空还是近地面都能平稳飞行的目的，同时解决无人机飞行过程中的障碍检测的问题。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型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实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，包括无人机飞行数据采集装置、无人机主控系统；

所述无人机飞行数据采集装置包括陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS；

所述无人机主控系统包括无线数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器、无人机控制器；

所述数据传输装置、供电装置、数据存储装置、照相机、测绘仪、电子调速器分别与无人机控制器连接；

所述陀螺仪、加速度计、磁罗盘、气压传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS分别与无人机控制器连接；

所述无线数据传输装置还与地面服务器连接，电子调速器还与螺旋桨电机连接；

所述陀螺仪用于监测无人机三轴俯仰、翻滚和偏摆时角度的变化率，所述磁罗盘用于监测无人机在XYZ各轴向所承受磁场的数据，所述气压传感器用于监测无人机所受地球的大气压力，所述GPS用于检测无人机自身所在位置，所述红外线传感器用于检测无人机飞行过程中的障碍物，所述加速度计用于监测无人机在XYZ三轴方向所承受的加速力以及监测无人机水平及垂直方向的线性加速数值。

2.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述无人机控制器还连接有电流传感器。

3.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述供电装置包括太阳能电池板、锂电池组、变压器、蓄电池，所述太阳能电池板与变压器连接，变压器与蓄电池连接，蓄电池与无人机控制器连接，锂电池组与无人机控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述气压传感器采用LPS22HD压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述无人机控制器还连接有北斗导航系统。

6.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述无人机控制器还连接有定时装置。

7.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述红外线传感器采用量子型红外线传感器。

8.根据权利要求1所述的一种用于遥感测绘的水利工程无人机，其特征在于，所述测绘仪采用小型手持式测绘仪，固定设置于无人机的底部。

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