专利名称：一种海岛(礁)测绘无人机智能感应气压漂浮系统的制作方法
技术领域：
本发明属于海岛(礁)测绘领域，涉及无人机智能感应和浮漂自动控制技术。
背景技术：
由于无人机较一般的航天飞机成本低廉，所以故障时有发生，而且现有的无人机 一般没有漂浮系统，海岛(礁)测绘用无人机主要在海域上空作业，当发生故障坠落时会沉 入海中，使测绘仪器受海水腐蚀而遭破坏，并且不能及时确定无人机搜救范围。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种经济的海岛(礁)测绘无人机智能感应 气压漂浮系统，使无人机发生故障坠落海中时能够漂浮在水面，为无人机应用于海岛(礁) 测绘提供保障系统。一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，包括气瓶100、气囊 200、中控系统300、智能感应器400、继电气压阀500和电源600，气瓶100固定于机腹，气囊 200呈环形固接在无人机机身、并通过软连接和气瓶100相连，中控系统300、加速度传感器 410、高度感应计420、继电气压阀500和电源600安装在无人机仪器舱中，水敏感应计430 固定在机首处的气囊下部。本项发明通过三级智能感应器400以确保准确感应到海岛(礁)测绘无人机平台 非控制性下降或到达水面，通过中控系统300进行感应信号处理和阈值判断，并启动继电 气压阀500对气囊200进行充气，使无人机坠落后能飘浮在水面。本项发明还可以通过高 度感应计(GPS模块)420确定无人机位置，以锁定搜救范围。本项发明采用独立的电源系 统600，以确保无人机动力系统或电路系统发生故障时，漂浮系统仍能工作。本项发明的特点在于将漂浮系统应用在无人机上，设计新颖、自动化程度高、结构 简单、经济实用。
图1是系统结构示意图。图2是系统硬件连接图。图3是系统工作流程图。图中100_气瓶，200-气囊，210-气囊保护网罩，300-中控系统(单片机)，400_智 能感应器，410-加速度传感器，420-高度感应计(GPS模块)，430-水敏感应计，500-继电气 压阀，510-气压阀驱动电路，520-气压阀门，600-电源。
具体实施例方式以下结合附图和实施例进行详述。如图1和图2所示，本系统包括气瓶100、气囊200、中控系统300、智能感应器400、继电气压阀500和电源600。气瓶100固定于无人机机腹，气囊200呈环形固接在机身、并 通过软连接和气瓶100相连，中控系统300、加速度传感器410和高度感应计420、继电气压 阀500和电源600安装在无人机仪器舱中，水敏感应计430固定在机首处的气囊下部。在 实施中采用AVR单片机(ATmega256)作为中控系统300，其工作电压范围为2. 7 6. 0V。 中控系统300的功能是采样加速度传感器410输出的信号，解算GPS模块接收的高度和位 置信息，把加速度值或高度值与设定阀值进行比较并判断，发出继电气压阀500的开启驱 动信号。智能感应器400实现三级感应机制，包括三种感应计加速度传感器410、高度感 应计420和水敏感应计430，加速度传感器410可以通过检测无人机振动捕获无人机故障， 通过测量加速度值检测出无人机的非控制性下降，可以在故障发生时及时感应到故障，作 为一级感应器；高度感应计420可以获取无人机的高度数据，并与高度阈值比较以确定是 否启动继电气压阀500为气囊200充气，作为加速度传感器410失效时的二级感应器；当无 人机在空中没有启动气囊200，水敏感应计430作为第三级感应计，可以在无人机坠入水中 时及时感应到，并通过中控系统300弹出气囊200。实施中采用GPS模块作为高度感应计 420，GPS模块接收到卫星定位信息，通过中控系统300可以解算出无人机高度信息；当无人 机落入水中后，通过GPS模块和中控系统300还可以确定无人机的平面位置信息，为无人机 的搜救锁定范围。继电气压阀500包括气压阀驱动电路510和气压阀门520，气压阀驱动 电路510的功能是接受由中控系统300输出的继电气压阀500的开启驱动信号，控制气压 阀门520的开启。在气囊200外安有保护网罩210，以保护气囊不被尖锐物刺破，气囊200 表面涂有发光材料以利于搜救工作。如图3所示，本系统的具体实现过程如下1、通过加速度传感器410获取无人机非控制性下降信息。无人机执行海岛(礁) 测绘飞行任务时，加速度感应计410持续采集无人机加速度信息，此信息通过串口传输到 中控系统300，中控系统300按照一定时间间隔采样并处理加速度数据，得到无人机Ti时 刻的加速度值，对加速度值进行积分获得速度数据。通常无人机非控制性下降时其加速度 应在重力加速度g的某个范围内，经实验测试得到无人机非控制性下降的加速度的阈值范 围。把中控系统采样并处理得到的Ti时刻无人机的加速度值与此加速度阈值进行比较，如 果在阈值范围内则可判断出无人机处于非控制性下降状态。Ti时刻的速度值可以作为判断 的辅助数据。加速度传感器410还可以检测到无人机的振动，通过中控系统的处理获取无 人机故障信息，无人机故障达到一定程度便开始坠落，所以通过加速度传感器检测无人机 的振动可以辅助加速度测量检测无人机非控制性下降信息。2、通过GPS模块420获取无人机位置信息。GPS模块420接收卫星定位信息，通过 串口传给中控系统300，中控系统300解算无人机Ti时刻的高度信息和平面位置信息，解算 出的高度信息和事先确定的高度阈值(60m)进行比较，当小于高度阈值时即可发出开启继 电气压阀500的指令。平面位置信息通过无线通讯系统(GPRS)传给无人机控制终端，当无 人机落水时可以用来锁定其搜救范围。3、中控系统300控制启动继电气压阀500。中控系统根据加速度传感器410判断 出无人机非控制性下降，或当无人机的高度小于高度阈值时，发出开启继电气压阀500的 指令，气压阀驱动电路510接收到指令后自动开启气压阀门520，高压气瓶100开始对气囊 200进行充气。膨胀的气囊200 —方面减缓无人机坠落的速度，另一方面，当无人机落入水中时，可以使无人机漂浮在水面。4、系统的水敏感应计430作为三级备用感应计保证气囊及时弹出。当非正常原 因智能感应器400的前两级感应计——加速度传感器410和高度感应计420没有使下降的 无人机在空中弹出气囊200，则当无人机落入水中，水敏感应计430遇水后即刻向中控系统 300传输信号，中控系统300接收到信号后启动电磁气压阀500弹出气囊200，使无人机漂 浮在水面、不致沉入水底。5、系统采用独立电源600。本系统采用与无人机电路系统分开的独立电源600，这 样当无人机的动力系统或电路系统失效时，确保智能漂浮系统仍能工作。电源600采用锂 离子电池为中控系统300、加速度传感器410、GPS模块420和继电气压阀500提供5V直流 电源。本发明首次将飘浮系统应用在无人机上，保证在不易、不宜到达海岛(礁)测绘 中，无人机发生故障坠落时能飘浮在海面，避免因海水腐蚀而使昂贵的测绘仪器损坏，并且 通过GPS模块使搜救人员准确锁定失事无人机的位置范围，系统自动化程度高、结构简单、 经济实用。
权利要求
一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统，包括气瓶(100)、气囊(200)、中控系统(300)、智能感应器(400)、继电气压阀(500)和电源(600)，气瓶(100)固定于机腹、气囊(200)呈环形固接在无人机机身、并通过软连接和气瓶(100)相连，智能感应器(400)包括加速度传感器(410)、高度感应计(420)和水敏感应计(430)，中控系统(300)、加速度传感器(410)、高度感应计(420)、继电气压阀(500)和电源(600)安装在无人机仪器舱中，水敏感应计(430)固定在机首处气囊的下部，其特征在于通过智能感应器感应到海岛(礁)测绘无人机平台非控制性下降，把信息传给中控系统，中控系统处理信息、判断并发出开启指令，继电气压阀自动启动气瓶阀门对气囊进行充气，使无人机飘浮在水面。
2.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统， 其特征在于智能感应器(400)包括三级感应器加速度传感器(410)、高度感应计(420)和 水敏感应计(430)，加速度传感器(410)获取无人机动力故障的非控制性下降信息，可以在 故障发生时及时感应到故障，为一级感应器；高度感应计(420)可以获取无人机的高度信 息，并与高度阈值比较以判断是否启动继电气压阀(500)为气囊充气，作为二级感应器；水 敏感应计(430)作为第三级感应器，当无人机在空中没有启动气囊(200)，即使无人机坠入 水中时，水敏感应计(430)可以感应到，并通过中控系统(300)发出指令弹出气囊(200)。
3.根据权利要求2所述的无人机漂浮系统的智能感应器(400)，其特征在于，高度感应 计(420)的功能由GPS模块实现，GPS模块接收到卫星信息，通过中控系统(300)可以解算 出无人机的高度值；当无人机落入水中后，通过GPS模块(420)和中控系统(300)还可以确 定无人机的位置信息，为无人机的搜救锁定范围。
4.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统， 其特征在于中控系统(300)是由一单片机系统组成，其功能是采样加速度传感器(410)输 出信号，解算GPS模块(420)接收的高度和位置信息，把加速度值或高度值与设定阀值进行 比较并判断，输出继电气压阀(500)的开关驱动信号。
5.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统， 其特征在于继电气压阀(500)包括气压阀驱动电路(510)和气压阀门(520)，气压阀驱动 电路(510)的功能是接受由中控系统(300)输出的继电气压阀(500)的开关驱动信号，控 制气压阀门(520)开关以开启或关闭气压阀。
6.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统， 其特征在于电源(600)与无人机的电路系统分开采用独立电源，采用锂离子电池作为电 源，这样当无人机的动力系统或电路系统失效时，确保智能漂浮系统仍能工作。
7.根据权利要求1所述的一种用于海岛(礁)测绘的无人机智能感应气压漂浮系统， 其特征在于在气囊(200)外装有保护网罩(210)以保护气囊(200)不被尖锐物刺破；气囊 (200)表面涂有发光材料以利于搜救工作。
全文摘要
本发明公开了一种海岛(礁)测绘无人机智能感应气压漂浮系统，涉及到无人机故障感应和浮漂自动控制技术。包括气瓶、气囊、中控系统、智能感应器、继电气压阀和电源。其特征是通过智能感应器感应到海岛(礁)测绘无人机平台非控制性下降，把信息传给中控系统，中控系统处理信息、判断并发出启动指令，继电气压阀自动开启气瓶阀门对气囊进行充气，膨胀的气囊使无人机飘浮在水面。本发明首次将飘浮系统应用在无人机上，保证在不易、不宜到达海岛(礁)测绘中，无人机发生故障坠落时能飘浮在海面，避免因海水腐蚀而使测绘仪器损坏，并且通过GPS模块使搜救人员准确锁定失事无人机的位置范围，系统自动化程度高、结构简单、经济实用。
文档编号B63B35/00GK101898627SQ20101023647
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者党亚民, 卢秀山, 成枢, 李万武, 柳林 申请人:山东科技大学