本實用新型涉及無人機應(yīng)用技術(shù)，具體涉及一種基于超聲傳感器的無人機水泵取樣遠程控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著無線電技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用計算機飛行控制系統(tǒng)的無人機可按較復(fù)雜的任務(wù)剖面飛行，靈活執(zhí)行多種任務(wù)，因此近年來無人機被廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，從最初的航拍娛樂發(fā)展到現(xiàn)在的工業(yè)應(yīng)用。

水體采樣工作具有一定的地域性和時效性，即在同一水域中要多點采集，在同一地點也要分時段進行采集，人工采集繁瑣復(fù)雜，經(jīng)常需借助船舶等交通工具，成本高并受自然地理環(huán)境限制大；而多旋翼無人機靈活、穩(wěn)定并具有遠程控制和載重的能力，可以結(jié)合水泵作為低成本的水體取樣系統(tǒng)。

多旋翼無人機的定位導(dǎo)航系統(tǒng)包括GPS衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航單元、氣壓計等，其融合精度在3m左右，定高精度不能滿足水泵采樣的高度要求；此外，水面高度隨季節(jié)和日期變化，GIS數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確預(yù)知，水面高度不包含在地圖數(shù)據(jù)中，即使在氣壓計等輔助條件下依然無法準(zhǔn)確獲取距離水面的高度；而手動控制無人機高度需借助氣壓計的高度數(shù)據(jù)，氣壓計易受風(fēng)力的影響，導(dǎo)致氣壓數(shù)值不穩(wěn)定而使無人機失控，墜落水中，造成嚴(yán)重損失。因此，現(xiàn)有的無人機技術(shù)及傳感器配置無法實現(xiàn)遠程的無人機水泵取樣任務(wù)，需要研究一套完善穩(wěn)定的無人機水泵取樣遠程控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種基于超聲傳感器的無人機水泵取樣遠程控制系統(tǒng)，以準(zhǔn)確測量水面高度，隨時遠程控制水泵的開啟和關(guān)閉。

本實用新型采用以下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種基于超聲傳感器的無人機水泵取樣遠程控制系統(tǒng)包括無人機、飛行控制系統(tǒng)、與所述飛行控制系統(tǒng)連接的超聲傳感器、為所述無人機提供電力的電機、通過繼電器與所述飛行控制系統(tǒng)連接的水泵、與水泵進水管相連的取樣管和與水泵出水管相連的取樣容器，所述飛行控制系統(tǒng)可與地面軟件站通訊。繼電器的VCC引腳接直流電源正極、GND引腳接負極、ON端引腳接水泵工作電源的正極、COM端引腳接工作水泵的正極輸入端，IN端引腳與飛行控制系統(tǒng)的輔助輸出信號端相連，設(shè)置繼電器為高電平觸發(fā)，水泵的負極與電源負極相連。超聲傳感器通過串口或者I2C總線接口與所述的飛行控制系統(tǒng)連接，所述飛行控制系統(tǒng)通過trig信號激勵所述超聲傳感器發(fā)射脈沖信號。

超聲傳感器為測量水面高度的傳感器，與飛行控制系統(tǒng)連接，將測量的距離水面高度信息傳輸給飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系統(tǒng)通過高度信息來控制電機轉(zhuǎn)動速度達到在某個高度固定不變，而水泵通過繼電器與飛行控制系統(tǒng)相連接，通過控制飛行控制系統(tǒng)的輸出電平來控制繼電器的開關(guān)，從而實現(xiàn)水泵的開關(guān)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型能準(zhǔn)確測量水面高度，隨時遠程控制水泵的開啟和關(guān)閉，便于多點、多時、定點、定時取樣。

附圖說明

圖1：本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本實用新型信號處理結(jié)構(gòu)圖。

其中：1.無人機；2.飛行控制系統(tǒng)；3.繼電器；4.水泵；5.取樣管；6.取樣容器；7.超聲傳感器。

具體實施方式

采用四旋翼無人機1為載體，在青島市黃島區(qū)進行實驗。下面結(jié)合附圖對本實用新型一種基于超聲傳感器的無人機水泵取樣遠程控制系統(tǒng)進行詳細描述。

如圖1-2所示，一種基于超聲傳感器的無人機水泵取樣遠程控制系統(tǒng)，包括四旋翼無人機1、飛行控制系統(tǒng)2、與飛行控制系統(tǒng)2連接的超聲傳感器7、通過繼電器3與飛行控制系統(tǒng)2連接的水泵4、與水泵4進水管相連的取樣管5和與水泵4出水管相連的取樣容器6，取樣管5為2米長的軟管，用于吸取水體樣本。飛行控制系統(tǒng)2通過數(shù)傳模塊與地面站軟件進行通信，繼電器3的VCC引腳接直流電源正極、GND引腳接負極、ON端引腳接水泵工作電源的正極、COM端引腳接工作水泵的正極輸入端，IN端引腳與飛行控制系統(tǒng)2的輔助輸出信號端相連，設(shè)置繼電器3為高電平觸發(fā)，水泵4的負極與電源負極相連。超聲傳感器7通過串口或者I2C總線接口與所述的飛行控制系統(tǒng)2連接，所述飛行控制系統(tǒng)2通過trig信號激勵所述超聲傳感器7發(fā)射脈沖信號。脈沖信號打到地面或者水面后反射回超聲傳感器7并通過接收端接收和檢測到反射信號，發(fā)射和接收過程的時間間隔為t，則距離水面或地面的高度則計算為t*340/2m，修改地面站軟件，增加水泵控制模塊。

四旋翼無人機起飛至高度距離地面10m的位置，平移到需要采集樣本的水域上方，在超聲模塊的高度監(jiān)測控制下下降至距離水面1.5m高度并懸停，在水泵控制模塊點擊“打開水泵”，輸入飛行控制系統(tǒng)對應(yīng)的繼電器編號，點擊“OK”，通過無人機地面站發(fā)送指令“DO_SET_RELAY(0,1)”打開對應(yīng)的繼電器開關(guān)，水泵開始工作，系統(tǒng)開始采集水體樣本，待采集足夠的樣本以后，在水泵控制模塊點擊“關(guān)閉水泵”，輸入相應(yīng)的繼電器編號，點擊“OK”，再次通過地面站發(fā)送指令“DO_SET_RELAY(0,0)”來關(guān)閉水泵，即停止采樣工作。可以無限制的多次開啟和關(guān)閉水泵，直至無人機上升并返航，完成水樣采集工作。

以上所述僅是本實用新型的基本原理，并非對本實用新型作任何限制，凡是依據(jù)本實用新型對其進行等同變化和修飾，均在本專利技術(shù)保護方案的范疇之內(nèi)。