一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞行环境障碍探测领域，具体涉及一种实现全方位距离测量的、碰撞 检测和预警的用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。
【背景技术】
[0002] 由于无人飞行器飞行的城市环境越来越复杂，无人机数据采集难度大大增加，对 机载超声波敏感器的探测也提出了更高的要求。常规机载超声波探测器采用固定的单个超 声波发射器和接收器采集数据，通过单片机对数据进行处理。这使得在某一瞬时，飞行器只 能获得单一方向的障碍情况；同时，传统的机载超声波探测器对周围的环境距离进行测量 时，需要调整飞行器姿态，不仅加大了操作难度，而且缺乏可靠性。常规超声波探测器通过 多次调整飞行器姿态寻找目标，操作性差。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是解决单个固定机载超声波探测器在故障检测、距离测量、目标寻 找中操作性差的问题，提供一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：
[0005] 用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电 路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口 ：
[0006] 单片机1输入端与多路选择开关2、温度补偿计7;输出端与多路选择开关2、接口 6相连；多路选择开关2与单片机1、升压电路3、放大电路8相连；升压电路3的输入端与 多路选择开关2相连；输出端与超声波发射探头4相连；超声波发射探头4的输入端与升 压电路3相连；超声波接收探头5的输出端与放大电路8相连；接口 6的输入端与单片机1 相连；温度补偿计7的输出端与单片机1相连；放大电路8的输入端与超声波接收探头5相 连；输出端与多路选择开关2相连。
[0007] 超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开 关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出 端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压 电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周 围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个 接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大， 放大之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断 那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间， 计算环境障碍物与飞行器之间的距离：
[0008] Si= 165. 75t i i = 1，2, ? ? ?，n
[0009] 式中8±为采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个 点，分别为
[0010] S(1，Sl，s2，…sn，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周 围距离：
[0011] Ln(0) = sAjeKhMeK …+snLn(0)。
[0012] 温度补偿电路7的输出端与单片机1，所述的超声波发射探头、超声波接收探头由 12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与 升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱 信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进 入12个超声波发射探头,转化为超声波向周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍 物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱 电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入单 片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境 中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离：
[0013]
【主权项】
1. 一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电 路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口，其特征在于： 单片机（1)输入端与多路选择开关（2)、温度补偿计（7);输出端与多路选择开关（2)、 接口（6)相连；多路选择开关（2)与单片机（1)、升压电路（3)、放大电路（8)相连；升压电 路⑶的输入端与多路选择开关⑵相连；输出端与超声波发射探头⑷相连；超声波发射 探头（4)的输入端与升压电路（3)相连；超声波接收探头（5)的输出端与放大电路（8)相 连；接口（6)的输入端与单片机（1)相连；温度补偿计（7)的输出端与单片机（1)相连；放 大电路（8)的输入端与超声波接收探头（5)相连；输出端与多路选择开关（2)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，其特征在 于：所述的超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个 开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输 出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升 压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向 周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12 个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放 大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判 断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时 间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离： Si= 165. 75tji= 1, 2,…，n 式中SiS采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个点，分 别为S(l，Sl，s2，…sn，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周围距 离： Ln ( 0 ) =sQLQ ( 0)+SA( 0 ) +…+snLn ( 0 )。
3. 根据权利要求1所述的一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，其特征在 于：所述的温度补偿电路7的输出端与单片机1，所述的超声波发射探头、超声波接收探头 由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关 与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微 弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号 进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障 碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微 弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入 单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环 境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离：
式中SiS采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个点，分 别为S(l，Sl，s2，…sn，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周围距 离： Ln ( 0 ) =sQLQ ( 0)+SA( 0 ) +…+snLn ( 0 )。
【专利摘要】本发明属于飞行环境障碍探测领域，具体涉及一种实现全方位距离测量的、碰撞检测和预警的用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口。本发明由于采用全向超声波探头，可以对周围环境进行全方位检测。在某一瞬时，可以同时实现四旋翼飞行器与周围环境相对距离测量，碰撞威胁发现及预警。大幅减少了用于军事侦查的时间，具备侦查速度优势，而且全向超声波探测器在工作时不需要四轴飞行器调整姿态，又大幅降低了操作的复杂性，提高检测效率和实时性。
【IPC分类】G01S15-08, G01S15-93
【公开号】CN104569993
【申请号】CN201510001548
【发明人】吴限德, 张宪亮, 谢亚恩, 易钰驰, 王巍, 张德伟, 许江涛, 吕红庆, 郭凤至, 李方瑞
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月5日