專利名稱：一種海島(礁)測繪無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于海島(礁)測繪領域，涉及無人機智能感應和浮漂自動控制技術。
背景技術：
由于無人機較一般的航天飛機成本低廉，所以故障時有發(fā)生，而且現(xiàn)有的無人機 一般沒有漂浮系統(tǒng)，海島(礁)測繪用無人機主要在海域上空作業(yè)，當發(fā)生故障墜落時會沉 入海中，使測繪儀器受海水腐蝕而遭破壞，并且不能及時確定無人機搜救范圍。

發(fā)明內容
針對以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種經濟的海島(礁)測繪無人機智能感應 氣壓漂浮系統(tǒng)，使無人機發(fā)生故障墜落海中時能夠漂浮在水面，為無人機應用于海島(礁) 測繪提供保障系統(tǒng)。一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)，包括氣瓶100、氣囊 200、中控系統(tǒng)300、智能感應器400、繼電氣壓閥500和電源600，氣瓶100固定于機腹，氣囊 200呈環(huán)形固接在無人機機身、并通過軟連接和氣瓶100相連，中控系統(tǒng)300、加速度傳感器 410、高度感應計420、繼電氣壓閥500和電源600安裝在無人機儀器艙中，水敏感應計430 固定在機首處的氣囊下部。本項發(fā)明通過三級智能感應器400以確保準確感應到海島(礁)測繪無人機平臺 非控制性下降或到達水面，通過中控系統(tǒng)300進行感應信號處理和閾值判斷，并啟動繼電 氣壓閥500對氣囊200進行充氣，使無人機墜落后能飄浮在水面。本項發(fā)明還可以通過高 度感應計(GPS模塊)420確定無人機位置，以鎖定搜救范圍。本項發(fā)明采用獨立的電源系 統(tǒng)600，以確保無人機動力系統(tǒng)或電路系統(tǒng)發(fā)生故障時，漂浮系統(tǒng)仍能工作。本項發(fā)明的特點在于將漂浮系統(tǒng)應用在無人機上，設計新穎、自動化程度高、結構 簡單、經濟實用。


圖1是系統(tǒng)結構示意圖。圖2是系統(tǒng)硬件連接圖。圖3是系統(tǒng)工作流程圖。圖中100_氣瓶，200-氣囊，210-氣囊保護網罩，300-中控系統(tǒng)(單片機)，400_智 能感應器，410-加速度傳感器，420-高度感應計(GPS模塊)，430-水敏感應計，500-繼電氣 壓閥，510-氣壓閥驅動電路，520-氣壓閥門，600-電源。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例進行詳述。如圖1和圖2所示，本系統(tǒng)包括氣瓶100、氣囊200、中控系統(tǒng)300、智能感應器400、繼電氣壓閥500和電源600。氣瓶100固定于無人機機腹，氣囊200呈環(huán)形固接在機身、并 通過軟連接和氣瓶100相連，中控系統(tǒng)300、加速度傳感器410和高度感應計420、繼電氣壓 閥500和電源600安裝在無人機儀器艙中，水敏感應計430固定在機首處的氣囊下部。在 實施中采用AVR單片機(ATmega256)作為中控系統(tǒng)300，其工作電壓范圍為2. 7 6. 0V。 中控系統(tǒng)300的功能是采樣加速度傳感器410輸出的信號，解算GPS模塊接收的高度和位 置信息，把加速度值或高度值與設定閥值進行比較并判斷，發(fā)出繼電氣壓閥500的開啟驅 動信號。智能感應器400實現(xiàn)三級感應機制，包括三種感應計加速度傳感器410、高度感 應計420和水敏感應計430，加速度傳感器410可以通過檢測無人機振動捕獲無人機故障， 通過測量加速度值檢測出無人機的非控制性下降，可以在故障發(fā)生時及時感應到故障，作 為一級感應器；高度感應計420可以獲取無人機的高度數(shù)據，并與高度閾值比較以確定是 否啟動繼電氣壓閥500為氣囊200充氣，作為加速度傳感器410失效時的二級感應器；當無 人機在空中沒有啟動氣囊200，水敏感應計430作為第三級感應計，可以在無人機墜入水中 時及時感應到，并通過中控系統(tǒng)300彈出氣囊200。實施中采用GPS模塊作為高度感應計 420，GPS模塊接收到衛(wèi)星定位信息，通過中控系統(tǒng)300可以解算出無人機高度信息；當無人 機落入水中后，通過GPS模塊和中控系統(tǒng)300還可以確定無人機的平面位置信息，為無人機 的搜救鎖定范圍。繼電氣壓閥500包括氣壓閥驅動電路510和氣壓閥門520，氣壓閥驅動 電路510的功能是接受由中控系統(tǒng)300輸出的繼電氣壓閥500的開啟驅動信號，控制氣壓 閥門520的開啟。在氣囊200外安有保護網罩210，以保護氣囊不被尖銳物刺破，氣囊200 表面涂有發(fā)光材料以利于搜救工作。如圖3所示，本系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程如下1、通過加速度傳感器410獲取無人機非控制性下降信息。無人機執(zhí)行海島(礁) 測繪飛行任務時，加速度感應計410持續(xù)采集無人機加速度信息，此信息通過串口傳輸?shù)?中控系統(tǒng)300，中控系統(tǒng)300按照一定時間間隔采樣并處理加速度數(shù)據，得到無人機Ti時 刻的加速度值，對加速度值進行積分獲得速度數(shù)據。通常無人機非控制性下降時其加速度 應在重力加速度g的某個范圍內，經實驗測試得到無人機非控制性下降的加速度的閾值范 圍。把中控系統(tǒng)采樣并處理得到的Ti時刻無人機的加速度值與此加速度閾值進行比較，如 果在閾值范圍內則可判斷出無人機處于非控制性下降狀態(tài)。Ti時刻的速度值可以作為判斷 的輔助數(shù)據。加速度傳感器410還可以檢測到無人機的振動，通過中控系統(tǒng)的處理獲取無 人機故障信息，無人機故障達到一定程度便開始墜落，所以通過加速度傳感器檢測無人機 的振動可以輔助加速度測量檢測無人機非控制性下降信息。2、通過GPS模塊420獲取無人機位置信息。GPS模塊420接收衛(wèi)星定位信息，通過 串口傳給中控系統(tǒng)300，中控系統(tǒng)300解算無人機Ti時刻的高度信息和平面位置信息，解算 出的高度信息和事先確定的高度閾值(60m)進行比較，當小于高度閾值時即可發(fā)出開啟繼 電氣壓閥500的指令。平面位置信息通過無線通訊系統(tǒng)(GPRS)傳給無人機控制終端，當無 人機落水時可以用來鎖定其搜救范圍。3、中控系統(tǒng)300控制啟動繼電氣壓閥500。中控系統(tǒng)根據加速度傳感器410判斷 出無人機非控制性下降，或當無人機的高度小于高度閾值時，發(fā)出開啟繼電氣壓閥500的 指令，氣壓閥驅動電路510接收到指令后自動開啟氣壓閥門520，高壓氣瓶100開始對氣囊 200進行充氣。膨脹的氣囊200 —方面減緩無人機墜落的速度，另一方面，當無人機落入水中時，可以使無人機漂浮在水面。4、系統(tǒng)的水敏感應計430作為三級備用感應計保證氣囊及時彈出。當非正常原 因智能感應器400的前兩級感應計——加速度傳感器410和高度感應計420沒有使下降的 無人機在空中彈出氣囊200，則當無人機落入水中，水敏感應計430遇水后即刻向中控系統(tǒng) 300傳輸信號，中控系統(tǒng)300接收到信號后啟動電磁氣壓閥500彈出氣囊200，使無人機漂 浮在水面、不致沉入水底。5、系統(tǒng)采用獨立電源600。本系統(tǒng)采用與無人機電路系統(tǒng)分開的獨立電源600，這 樣當無人機的動力系統(tǒng)或電路系統(tǒng)失效時，確保智能漂浮系統(tǒng)仍能工作。電源600采用鋰 離子電池為中控系統(tǒng)300、加速度傳感器410、GPS模塊420和繼電氣壓閥500提供5V直流 電源。本發(fā)明首次將飄浮系統(tǒng)應用在無人機上，保證在不易、不宜到達海島(礁)測繪 中，無人機發(fā)生故障墜落時能飄浮在海面，避免因海水腐蝕而使昂貴的測繪儀器損壞，并且 通過GPS模塊使搜救人員準確鎖定失事無人機的位置范圍，系統(tǒng)自動化程度高、結構簡單、 經濟實用。
權利要求
一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)，包括氣瓶(100)、氣囊(200)、中控系統(tǒng)(300)、智能感應器(400)、繼電氣壓閥(500)和電源(600)，氣瓶(100)固定于機腹、氣囊(200)呈環(huán)形固接在無人機機身、并通過軟連接和氣瓶(100)相連，智能感應器(400)包括加速度傳感器(410)、高度感應計(420)和水敏感應計(430)，中控系統(tǒng)(300)、加速度傳感器(410)、高度感應計(420)、繼電氣壓閥(500)和電源(600)安裝在無人機儀器艙中，水敏感應計(430)固定在機首處氣囊的下部，其特征在于通過智能感應器感應到海島(礁)測繪無人機平臺非控制性下降，把信息傳給中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)處理信息、判斷并發(fā)出開啟指令，繼電氣壓閥自動啟動氣瓶閥門對氣囊進行充氣，使無人機飄浮在水面。
2.根據權利要求1所述的一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于智能感應器(400)包括三級感應器加速度傳感器(410)、高度感應計(420)和 水敏感應計(430)，加速度傳感器(410)獲取無人機動力故障的非控制性下降信息，可以在 故障發(fā)生時及時感應到故障，為一級感應器；高度感應計(420)可以獲取無人機的高度信 息，并與高度閾值比較以判斷是否啟動繼電氣壓閥(500)為氣囊充氣，作為二級感應器；水 敏感應計(430)作為第三級感應器，當無人機在空中沒有啟動氣囊(200)，即使無人機墜入 水中時，水敏感應計(430)可以感應到，并通過中控系統(tǒng)(300)發(fā)出指令彈出氣囊(200)。
3.根據權利要求2所述的無人機漂浮系統(tǒng)的智能感應器(400)，其特征在于，高度感應 計(420)的功能由GPS模塊實現(xiàn)，GPS模塊接收到衛(wèi)星信息，通過中控系統(tǒng)(300)可以解算 出無人機的高度值；當無人機落入水中后，通過GPS模塊(420)和中控系統(tǒng)(300)還可以確 定無人機的位置信息，為無人機的搜救鎖定范圍。
4.根據權利要求1所述的一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于中控系統(tǒng)(300)是由一單片機系統(tǒng)組成，其功能是采樣加速度傳感器(410)輸 出信號，解算GPS模塊(420)接收的高度和位置信息，把加速度值或高度值與設定閥值進行 比較并判斷，輸出繼電氣壓閥(500)的開關驅動信號。
5.根據權利要求1所述的一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于繼電氣壓閥(500)包括氣壓閥驅動電路(510)和氣壓閥門(520)，氣壓閥驅動 電路(510)的功能是接受由中控系統(tǒng)(300)輸出的繼電氣壓閥(500)的開關驅動信號，控 制氣壓閥門(520)開關以開啟或關閉氣壓閥。
6.根據權利要求1所述的一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于電源(600)與無人機的電路系統(tǒng)分開采用獨立電源，采用鋰離子電池作為電 源，這樣當無人機的動力系統(tǒng)或電路系統(tǒng)失效時，確保智能漂浮系統(tǒng)仍能工作。
7.根據權利要求1所述的一種用于海島(礁)測繪的無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)， 其特征在于在氣囊(200)外裝有保護網罩(210)以保護氣囊(200)不被尖銳物刺破；氣囊 (200)表面涂有發(fā)光材料以利于搜救工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海島(礁)測繪無人機智能感應氣壓漂浮系統(tǒng)，涉及到無人機故障感應和浮漂自動控制技術。包括氣瓶、氣囊、中控系統(tǒng)、智能感應器、繼電氣壓閥和電源。其特征是通過智能感應器感應到海島(礁)測繪無人機平臺非控制性下降，把信息傳給中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)處理信息、判斷并發(fā)出啟動指令，繼電氣壓閥自動開啟氣瓶閥門對氣囊進行充氣，膨脹的氣囊使無人機飄浮在水面。本發(fā)明首次將飄浮系統(tǒng)應用在無人機上，保證在不易、不宜到達海島(礁)測繪中，無人機發(fā)生故障墜落時能飄浮在海面，避免因海水腐蝕而使測繪儀器損壞，并且通過GPS模塊使搜救人員準確鎖定失事無人機的位置范圍，系統(tǒng)自動化程度高、結構簡單、經濟實用。
文檔編號B63B35/00GK101898627SQ20101023647
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者黨亞民, 盧秀山, 成樞, 李萬武, 柳林 申請人:山東科技大學