一种电动无人机实时能效数据采集与轨迹记录装置的制作方法

本发明涉及电动无人机等的测试技术领域，特别涉及一种电动无人机实时能效数据采集与轨迹记录装置。

背景技术：

随着现代信息技术和传感器技术的不断发展，电动多旋翼无人机的应用场景越来越广泛，其受重视程度也越来越高。该种无人机使用电动机作为动力机械，具有多个螺旋桨，并采用锂电池作为能源，具有重量轻、体积小、效率高，节约环保，作业简单，飞行平稳可靠等诸多优点。但是，目前还没有针对电动多旋翼无人机在飞行过程中实时能效测试及轨迹记录的装置，电动多旋翼无人机的飞行过程能耗、能效、姿态、飞行轨迹等重要参数难以获取，无法对电动多旋翼无人机的整体性能进行评估，难以保证电动多旋翼无人机在最佳状态下高效飞行。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电动无人机实时能效数据采集与轨迹记录装置，可实时采集电动无人机飞行过程的电流、电压、加速度及角速度，通过对采集数据的处理，可获取电动无人机飞行过程的能耗、能效、飞行姿态及飞行轨迹，并可以由计算机实时记录上述数据，以此对电动无人机的高效飞行提供数据支持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电动无人机实时能效数据采集与轨迹记录装置，包括：

电流传感器102，安装在电动无人机电池和电动机之间，用于电动无人机飞行过程中实时电流的采集；

电压传感器111，用于电动无人机飞行过程中实时电压的采集；

adc模块103，用于将电流传感器102与电压传感器111采集到的模拟量转换为单片机106所能接受的数字量；

三轴加速度传感器104，用于获取电动无人机三个方向上的加速度；

三轴陀螺仪传感器105，用于获取电动无人机三个方向上的角速度；

单片机106，用于接收传感器采集的电流、电压、加速度以及角速度数据；

无线模块（发射端）107与无线模块（接收端）108配对使用，用于将所述的数据使用无线的方式传输；

usb转串口线109，用于无线模块（接收端）108与计算机110的连接及数据传输；

计算机110，用于接收、处理并存储所述的各种数据。

所述的计算机110可通过处理电流、电压、加速度数据来获取电动无人机能效，通过处理加速度和角速度数据来实现电动无人机飞行姿态及轨迹的记录。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）使用实时电流、电压、加速度数据来获取电动无人机在飞行过程中的能效，可实现电动无人机在飞行过程中实时能效的获取。

（2）本装置可对电动无人机的飞行轨迹进行记录，并实时记录飞行过程的所有数据，能够保证能耗、能效、姿态与轨迹的一一对应。

（3）使用计算机来处理和存储单片机采集到的各项数据，可保证数据处理及存储的快速与高效。

（4）采用无线模块进行数据传输，可实现远距离对电动无人机进行实时数据采集与轨迹记录，提高了装置的可实用范围。

附图说明

图1是本发明的系统总框架图。

图2是本发明的系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明所述的电动无人机实时能效数据采集与轨迹记录装置包括电流传感器102，adc模块103，三轴加速度传感器104，三轴陀螺仪传感器105，单片机106，无线模块（发射端）107，无线模块（接收端）108，usb转串口线109，计算机110，电压传感器111等部分组成。以实现对电动无人机飞行过程中电流、电压、加速度、角速度等数据的采集、处理及存储。

电流传感器102及电压传感器111与adc模块103连接，将采集到的电流值与电压值的模拟量转换为单片机106可以接受的数字量，从而实现电流和电压数据的采集。三轴加速度传感器104和三轴陀螺仪传感器105均采用总线的方式与单片机106连接，以采集电动无人机在飞行过程中的实时加速度和角速度。无线模块（接收端）108与无线模块（发射端）107配对使用，以实现将采集的数据通过无线的方式从单片机106上传至计算机110。

如图2所示，装置首先进行初始化工作，即对单片机、传感器、无线模块等的基本配置，初始化完成后开始采集数据。为了保证数据采集及轨迹记录的实时性，整个装置由单片机完成数据的实时采集工作，计算机实现对数据的处理、存储工作。

计算机将接收到的数据进行处理，使用电流与电压相乘得到电动无人机能耗，利用加速度及电动无人机自重这两个参量，并根据牛顿第二运动定律公式可以计算出电动无人机的外力，再利用外力与能耗的比值进而得到能效。利用加速度和角速度，基于四元数的方法可以得到电动无人机的姿态信息，使用姿态信息并对加速度进行二重积分即可得到电动无人机的运动轨迹。

计算机处理和存储以上所述数据，采用顺序存储方式使得各个信息一一对应，即保证每个轨迹点上能耗、能效、姿态等信息的对应和准确。

以上描述了本发明的基本原理、基本特征和基本的实施方案，并且这里通过了说明而不是限制的方式进行了阐述。对于本领域内的技术人员来说，很显然的是，在本质上不脱离所附权利要求书限定的发明精神和范围的前提下，可以做出许多其他实施案例。

技术特征：

技术总结
一种电动无人机实时能效数据采集与轨迹记录装置，包括：电流传感器，采集电动无人机电池工作电流；电压传感器，采集电动无人机电池电压；ADC模块，将采集的模拟量转换为数字量；三轴加速度传感器，采集电动无人机三个方向上的加速度；三轴陀螺仪传感器，采集电动无人机三个方向上的角速度；单片机，接收各个传感器采集的数据；无线模块，将采集的数据通过无线方式传输；USB转串口线，用于无线模块与计算机的连接及数据传输；计算机，用于接收、处理并存储各种数据；本发明可实现对电动无人机飞行过程的电流、电压、加速度、角速度的采集，获取飞行过程的能耗、能效、飞行姿态及飞行轨迹，可为电动无人机的高效飞行提供数据支持。

技术研发人员：范叶满;张海辉
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2017.12.10
技术公布日：2018.03.20