一种用于输电线路的无人机测距装置及其测距方法与流程

技术特征：

1.一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：包括主控电路(10)、传感器电路(20)、无线通信电路(30)、CAN总线通信电路(40)以及供电电路(50)，其中，

主控电路(10)，用于接收后台服务指令，并根据所述服务指令做出相应动作，主控电路(10)分别与传感器电路(20)、无线通信电路(30)、CAN总线通信电路(40)之间双向通信连接；

传感器电路(20)，安装在飞行平台上，用于测量输电线路与障碍物之间的净空距离、水平距离以及垂直距离，并将其测量的距离信息分别通过主控电路(10)、CAN总线通信电路(40)传送至地面站的显示系统；

无线通信电路(30)，用于开启或关闭传感器电路(20)；

供电电路(50)，其电源输出端分别与主控电路(10)、传感器电路(20)、无线通信电路(30)、CAN总线通信电路(40)的电源输入端相连。

2.如权利要求1所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述传感器电路(20)包括激光测距单元(21)、超声波测距单元(22)、倾角测量单元(23)，所述激光测距单元(21)、超声波测距单元(22)、倾角测量单元(23)均与主控电路(10)之间双向通信连接，激光测距单元(21)、超声波测距单元(22)、倾角测量单元(23)的电源输入端均连接供电电路(50)的电源输出端，其中，

激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)，用于测量飞行平台与输电线路之间的净空距离以及飞行平台与障碍物之间的净空距离；所述超声波测距单元(22)还用于使飞行平台躲避障碍；

倾角测量单元(23)，用于测量输电线路与垂直方向的倾斜角度、障碍物与垂直方向的倾斜角度。

3.如权利要求2所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述主控电路(10)包括主控芯片(U1)，所述主控芯片(U1)的型号为STM32F103芯片；所述主控芯片(U1)的引脚5分别连接第六电阻(R6)的一端、晶振的一端、第二十五电容(C25)的一端，主控芯片(U1)的引脚6分别连接第六电阻(R6)的另一端、晶振的另一端、第二十六电容(C26)的一端，所述第二十五电容(C25)的另一端、第二十六电容(C26)的另一端均接地；主控芯片(U1)的引脚7分别连接第九电阻(R9)的一端、第三十一电容(C31)的一端、复位开关的一端，所述第九电阻(R9)的另一端连接电源，主控芯片(U1)的引脚44连接第十二电阻(R12)的一端，所述第十二电阻(R12)的另一端、复位开关的另一端、第三十一电容(C31)的另一端均接地，主控芯片(U1)的引脚25、引脚30、引脚31、引脚34、引脚37均连接激光测距单元(21)；主控芯片(U1)的引脚12、引脚13均连接超声波测距单元(22)；主控芯片(U1)的引脚21、引脚22、引脚42、引脚43均连接倾角测量单元(23)；主控芯片(U1)的引脚14、引脚15、引脚16、引脚17、引脚26、引脚27、引脚28、引脚39、引脚40均连接无线通信电路(30)；主控芯片(U1)的引脚32、引脚33均连接CAN总线通信电路(40)。

4.如权利要求3所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述激光测距单元(21)包括继电器，所述继电器的型号为HK4100F，所述继电器的引脚5分别连接第七电阻(R7)的一端、第一二极管(D1)的正极、三极管(Q1)的发射极，所述第一二极管(D1)的负极连接电源，所述三极管(Q1)的基极分别连接第七电阻(R7)的另一端、第八电阻(R8)的一端，所述第八电阻(R8)的另一端连接主控芯片(U1)的引脚25，三极管(Q1)的集电极分别连接第二十九电容(C29)的一端、第三十电容(C30)的一端以及第一外部接口的1接口并接地，所述第二十九电容(C29)的另一端、第三十电容(C30)的另一端均连接第十电阻(R10)的一端、第十一电阻(R11)的一端、第一外部接口的2接口以及继电器的引脚1，所述第十电阻(R10)的另一端连接第一外部接口的3接口以及主控芯片(U1)的引脚34，所述第十一电阻(R11)的另一端连接第一外部接口的4接口以及主控芯片(U1)的引脚37，第一外部接口的6接口、7接口分别连接主控芯片(U1)的引脚30、引脚31，继电器的引脚2、引脚3均连接电源。

5.如权利要求4所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述超声波测距单元(22)包括第二十七电容(C27)、第二十八电容(C28)，所述第二十七电容(C27)的一端、第二十八电容(C28)的一端均连接第二外部接口的1接口以及电源，第二十七电容(C27)的另一端、第二十八电容(C28)的另一端均连接第二外部接口的2接口并接地，第二外部接口的3接口、4接口分别连接主控芯片(U1)的引脚12、引脚13。

6.如权利要求5所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述倾角测量单元(23)包括测量芯片(U2)，所述测量芯片(U2)的型号为MPU6050芯片；所述测量芯片(U2)的引脚23连接第十四电阻(R14)的一端以及主控芯片(U1)的引脚42，所述测量芯片(U2)的引脚24连接第十三电阻(R13)的一端以及主控芯片(U1)的引脚43，所述第十四电阻(R14)的另一端、第十三电阻(R13)的另一端、测量芯片(U2)的引脚8、引脚13均连接电源，测量芯片(U2)的引脚12连接主控芯片(U1)的引脚21，测量芯片(U2)的引脚9连接主控芯片(U1)的引脚22以及第十五电阻(R15)的一端，测量芯片(U2)的引脚10连接第三十二电容(C32)的一端，所述第三十二电容(C32)的另一端、第十五电阻(R15)的另一端均连接测量芯片(U2)的引脚11、引脚20、引脚1、引脚18并接地。

7.如权利要求6所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述无线通信电路(30)包括通信芯片(U3)和天线开关芯片(U4)，所述通信芯片(U3)的型号为SI4432芯片，天线开关芯片(U4)的型号为UPG2214TB系列芯片；所述通信芯片(U3)的引脚1分别连接第六电容(C6)的一端、第七电容(C7)的一端、第八电容(C8)的一端、第九电容(C9)的一端、第四电阻(R4)的一端以及电源，所述第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)的另一端均连接第十电容(C10)的一端并接地，所述第十电容(C10)的另一端分别连接第四电阻(R4)的另一端以及第一电感(L1)的一端，所述第一电感(L1)的另一端分别连接第十二电容(C12)的一端以及通信芯片(U3)的引脚2，所述第十二电容(C12)的另一端分别连接第十八电容(C18)的一端、第四电感(L4)的一端、第五电感(L5)的一端，所述第十八电容(C18)的另一端、第五电感(L5)的另一端均连接第五电阻(R5)的一端，所述第五电阻(R5)的另一端分别连接第十五电容(C15)的一端、第十六电容(C16)的一端、第十七电容(C17)的一端并接地，所述第四电感(L4)的另一端分别连接第十七电容(C17)的另一端以及第三电感(L3)的一端，所述第三电感(L3)的另一端连接第二电感(L2)的一端以及第十六电容(C16)的另一端，所述第二电感(L2)的另一端连接第十一电容(C11)的一端以及第十五电容(C15)的另一端，所述第十一电容(C11)的另一端连接天线开关芯片(U4)的引脚3；通信芯片(U3)的引脚3连接第二十三电容(C23)的一端以及第六电感(L6)的一端，所述第六电感(L6)的另一端连接通信芯片(U3)的引脚4以及第二十四电容(C24)的一端，所述第二十四电容(C24)的另一端分别连接第十四电容(C14)的一端、第十九电容(C19)的一端并接地，所述第十四电容(C14)的另一端、第十九电容(C19)的另一端分别连接通信芯片(U3)的引脚5、引脚6，所述第二十三电容(C23)的另一端连接第二十二电容(C22)的一端，所述第二十二电容(C22)的另一端连接天线开关芯片(U4)的引脚1；通信芯片(U3)的引脚7连接主控芯片(U1)的引脚28，通信芯片(U3)的引脚8连接主控芯片(U1)的引脚27以及天线开关芯片(U4)的引脚6，通信芯片(U3)的引脚9连接主控芯片(U1)的引脚26以及天线开关芯片(U4)的引脚4；所述通信芯片(U3)的引脚10分别连接第二十电容(C20)的一端、第二十一电容(C21)的一端，所述第二十电容(C20)的另一端、第二十一电容(C21)的另一端均接地；通信芯片(U3)的引脚11连接第十三电容(C13)的一端并接地，所述第十三电容(C13)的另一端连接通信芯片(U3)的引脚12并连接电源，通信芯片(U3)的引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚20分别连接主控芯片(U1)的引脚16、引脚17、引脚15、引脚39、引脚14；通信芯片(U3)的引脚17分别连接第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接电源，第二电阻(R2)的另一端连接主控芯片(U1)的引脚40，通信芯片(U3)的引脚18连接晶振的一端，晶振的另一端连接通信芯片(U3)的引脚19，所述天线开关芯片(U4)的引脚5通过第一电容(C1)连接天线。

8.如权利要求7所述的一种用于输电线路的无人机测距装置，其特征在于：所述CAN总线通信电路(40)包括通信接口芯片(U5)，所述通信接口芯片(U5)的型号为TJA1050，所述通信接口芯片(U5)的引脚1、引脚4分别连接主控芯片(U1)的引脚33、引脚32，通信接口芯片(U5)的引脚8分别连接第三十三电容(C33)的一端、第三十四电容(C34)的一端以及通信接口芯片(U5)的引脚2，所述第三十三电容(C33)的另一端、第三十四电容(C34)的另一端均连接通信接口芯片(U5)的引脚3以及电源，通信接口芯片(U5)的引脚6连接第十六电阻(R16)的一端以及第三外部接口的2接口，通信接口芯片(U5)的引脚7连接第十六电阻(R16)的另一端以及第三外部接口的1接口。

9.如权利要求8所述的一种用于输电线路的无人机测距装置的测距方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、操作人员通过控制器控制飞行平台飞行，调整传感器电路(20)即为角度采集系统的角度，所述激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L₁，倾角测量单元(23)测量输电线路与垂直方向的倾斜角度α；

S2、操作人员再次调整角度采集系统的角度，所述激光测距单元(21)或超声波测距单元(22)测量飞行平台与障碍物之间的净空距离L₂，倾角测量单元(23)测量障碍物与垂直方向的倾斜角度β；

S3、根据公式H₁＝L₁*sinα-L₂*sinβ，H₂＝L₂*cosβ-L₁*cosα，得出输电线路与障碍物之间的净空距离H、输电线路与障碍物之间的水平距离H₁、输电线路与障碍物之间的垂直距离H₂。

10.如权利要求9所述的一种用于输电线路的无人机测距装置的测距方法，其特征在于：步骤S1、S2完成后，移动飞行平台的位置，调整角度采集系统的角度，多次测量飞行平台与输电线路之间的净空距离L_1n，输电线路与垂直方向的倾斜角度α_n，飞行平台与障碍物之间的净空距离L_2n，障碍物与垂直方向的倾斜角度β_n，根据步骤S3中公式得到输电线路与障碍物之间的净空距离H_n、输电线路与障碍物之间的水平距离H_1n、输电线路与障碍物之间的垂直距离H_2n，输电线路与障碍物之间的净空距离的最终测量结果为(H+…+H_i…+H_n)/n，输电线路与障碍物之间的水平距离的最终测量结果为(H₁+…+H_1i…+H_1n)/n、输电线路与障碍物之间的垂直距离(H₂+…+H_2i…+H_2n)/n。