一种用于无人机作业过程的监控装置的制作方法

本申请涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机作业过程的监控装置。

背景技术：

传统的人工电力巡检不仅工作量大而且风险较大，特别是山区和跨越大江大河的输电线路的巡检，以及在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大、风险高。无人机巡检输电线路更为先进有效，可以减轻工人“千里巡线”的劳动强度，降低高压输电线路的运行维护成本，已经大范围推广应用。

电力无人机功能强大，可识别架空输电线路的基础、塔体、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等容易发生事故等关键部位，也可识别人为设备、偷窃、树木放电、雷击、污染、雾气等影响输电线路造成线路性能下降的问题。

但是由于无人机在巡检的过程中临近线路飞行，受到的信号干扰的因素复杂多样，依靠设置单一的频段进行数据通信将导致通信质量差，出现无人机坠机、丢失等，影响了输电线路无人机巡检正常进行。在无任何监控措施情况下，可能存在除无人机损失外，无人机巡检时携带可见光、红外及激光雷达等挂载设备也一并丢失。

专利cn109272600a《一种基于大数据的无人机云端黑匣子系统及辅助装置》公开了一种基于大数据的无人机云端黑匣子系统及其辅助装置，可以实现在无人机等空中飞行器在高空中意外爆炸时，黑匣子上的缓冲降落装置会打开，缓缓下降，可有效保护黑匣子。侧重于黑匣子的保护，对如何记录、保存飞行数据未进行说明。

专利cn207663485u《一种无人机数据记录系统及应用该系统的无人机》提供的无人机飞行数据记录系统，能够将所采集的无人机各飞行数据以及来自用用户的控制指令信息有效保存，并可通过无线通信模块传送至服务器，保证了对无人机的可监控性。数据记录装置用于存储用户控制指令及传感器模块的数据，并发送给云端服务器。数据记录装置存储的数据来源于无人机传感器模块，若无人机本身出现故障时(如gps定位故障)无人机坠机，仍无法通过服务器中数据定位寻找无人机。

专利cn209879584u《一种轻型飞行数据记录模块的控制系统》公开了一种轻型飞行数据记录模块的控制系统实现了飞行数据的接受、存储以及设备状态的上报。所有数据仍依赖于无人机本身。

专利cn110536233a《一种实时无人机监管系统》提出的无人机飞行管理模块采集无人机飞行的各项数据并上传服务系统。

以及专利cn201610997294《用于小型飞行器的数据记录系统》、cn201610638321《飞行试验数据记录装置及记录和读取试验数据的方法》等。现有专利均是侧重于如何存储、上传无人机本身的数据，以及具体实施方案。输电线路常所处地势复杂险峻,而气候条件也恶劣多变，实际运行经验显示，无人机在此环境出现故障时，即使挂载现有专利中涉及的数据记录模块，仍然难于寻回。分析其原因主要是现有专利中涉及数据均来源于无人机本体，本体出现故障时，要么未记录数据要么记录的是问题数据，在此过程无人机已经飞行较远距离。

因此，亟需发明一种输电线路无人机巡检飞行数据记录方法及装置，实现对输电线路巡检用无人机全方位监控。

技术实现要素：

本申请提供一种用于无人机作业过程的监控装置，解决对输电线路巡检用无人机全方位监控的需求。

本申请提供一种用于无人机作业过程的监控装置，包括：mcu、定位模块、定高模块和无线通信模块，mcu分别与定位模块、定高模块和无线通信模块相连，

mcu，用于向定位模块、定高模块和无线通信模块发送包括无人机编号的控制指令，根据定位模块和定高模块返回的数据计算无人机的速度；

定位模块，用于接收mcu的请求定位数据指令，根据所述请求定位数据指令接收卫星信号，根据卫星信号得到无人机的实时定位数据，将无人机的定位数据返回至mcu；

定高模块，用于接收mcu的请求定高数据指令，根据所述请求定高数据指令通过大气压力传感器测量空气的压力获取无人机的高度，将无人机的高度数据返回至mcu；

无线通信模块，用于将无人机的定位数据、定高数据和速度发送至无人机管控后台；

供电模块，用于为所述监控装置供电。

优选的，所述mcu，包括：

指令发送单元，用于向定位模块、定高模块和无线通信模块发送控制指令；

距离确定单元，用于根据定位模块和定高模块返回的定位和定高数据，确定无人机的飞行距离；

速度确定单元，用于根据所述飞行距离和飞行时间的比值，确定无人机的速度。

优选的，所述定位模块和无线通信模块通过uart接口与mcu相连；定高模块通过大气压力传感器的总线接口与mcu相连。

优选的，无线通信模块，通过4g或5g将无人机的定位数据、定高数据和速度发送至无人机管控后台。

优选的，所述监控装置通过type-c与无人机相连进行数据传输。

优选的，所述监控装置通过type-c与无人机相连进行数据传输，包括：

所述监控装置与无人机通过type-c完成身份验证数据的交互；

所述监控装置通过type-c获取无人机自带的传感器数据。

优选的，供电模块，包括：锂电池和电源管理子模块，供电模块通过type-c与无人机相连。

优选的，供电模块为所述监控装置供电，包括：

无人机正常作业时，通过type-c接收无人机向所述监控装置传输的电能；

无人机出现故障断电时，通过锂电池存储的电能为所述监控装置提供电能。

优选的，通过锂电池存储的电能为所述监控装置提供电能，包括：

锂电池通过type-c向所述监控装置的其他模块供电。

优选的，所述供电模块进一步用于在锂电池电压低于预设阈值时，通过type-c接收无人机向锂电池充入的电能。

本申请提供一种用于无人机作业过程的监控装置，由mcu、定位模块、定高模块和无线通信模块组成，mcu，用于向各个模块发送控制指令，接收各个模块返回的数据并存储，定位模块，接收卫星信号，完成无人机的实时定位，定高模块，通过大气压力传感器测量空气的压力获取无人机的实时高度，无线通信模块，将mcu的存储的数据发送至无人机管控后台，供电模块，在无人机出现故障断电后，向监控装置供电，对无人机进行定位，解决对输电线路巡检用无人机全方位监控的需求。

附图说明

图1是本申请提供的一种用于无人机作业过程的监控装置的结构图；

图2是本申请提供的一种用于无人机作业过程的监控装置的供电结构图；

图3是本申请涉及的高精度gps定位模组。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

图1是本申请提供的一种用于无人机作业过程的监控装置的结构图，从图中可以看出，监控装置由mcu101、定位模块102、定高模块103和无线通信模块104组成。

监控装置完全独立于无人机具有定位、定高、测速及无线通信等功能，各功能由独立的模块组成，mcu分别与定位模块、定高模块和无线通信模块相连，向定位模块、定高模块和无线通信模块发送包括无人机编号的控制指令，同时，接收其他各个模块返回的数据并存储；根据定位模块和定高模块返回的数据计算无人机的速度。所述mcu，包括：指令发送单元，用于向定位模块、定高模块和无线通信模块发送控制指令；距离确定单元，用于根据定位模块和定高模块返回的定位和定高数据，确定无人机的飞行距离；速度确定单元，用于根据所述飞行距离和飞行时间的比值，确定无人机的速度。

定位模块，通过uart(通用异步收发传输器)与mcu相连；用于接收mcu的请求定位数据指令，根据所述请求定位数据指令接收卫星信号，根据卫星信号得到无人机的实时定位数据，完成无人机的实时定位，将实时定位数据返回至mcu。定位模块，由rf射频芯片、基带芯片和核心cpu组成。供电电源3.3伏直流，电流<80毫安，模块供电后自动接收卫星信号，并开始定位。mcu请求定位数据后，定位数据通过uart发送给mcu。

定高模块，通过大气压力传感器的spi或i²c总线接口与mcu相连；用于接收mcu的请求定高数据指令，根据所述请求定高数据指令，通过大气压力传感器测量空气的压力获取无人机的高度，将无人机的高度数据返回至mcu；mcu请求高度数据后，大气压力传感器将高度数据发送给mcu。

无线通信模块，通过uart与mcu相连；用于将无人机的定位数据通过4g或5g将无人机的定位数据、定高数据和速度发送至无人机管控后台。

供电模块，在无人机出现故障断电后，向所述监控装置供电。由锂电池和电源管理子模块构成，从而使用本监控装置具备独立的供电及无人机取电功能。供电模块通过type-c与无人机相连。在锂电池电压低于预设阈值时，通过type-c由无人机向锂电池充电；无人机正常作业时，通过type-c接收无人机向所述监控装置传输的电能。无人机出现故障断电后，通过锂电池存储的电能为所述监控装置提供电能，锂电池通过type-c向所述监控装置的其他模块供电，从而使得监控装置正常运行，进而通过监控装置定位无人机的位置。

监控系装置具备与无人机进行数据传输，监控装置通过type-c与无人机相连。监控装置与无人机通过type-c完成身份验证数据的交互，同时，监控装置通过type-c获取无人机自带的传感器数据。监控装置中预置了无人机编码信息，无人机启动后主动通过type-c向监控装置发送无人机编码，监控装置对比预置的编码信息，匹配成功后，允许无人机进行下一步操作(无人机与监控装置具有一一对应关系)。监控装置可给无人机发送姿态信息、地理信息数据请求，无人机接受到该请求指令后会将姿态信息、地理信息数据包发送给监控装置，监控装置可通过无线通信模块将数据发送至后台。

监控装置与无人机一体化布置，具有独立的定位、定高、通信模块，其结构如附图1，其中101-mcu、102-定位模块、103-定高模块、104-无线通信模块。可以为分立模块组成，也可以为集成模块，这里采用高精度gps定位模组，集成地磁加陀螺仪加气压计-epp031-10，见图3。高精度gps定位模组具备uart通信接口，该接口与mcu芯片uart相连，这里采用stm32f105作为主芯片。无线通信模块选用有人科技wh-lte-7s5。stm32f105采集定位、气压计数据后通过4g或5g模块发送至后台。

监控装置具备独立电源，其结构如附图2，其中201-type-c接口、202-电源管理模块、203-锂电池、204-装置底板。type-c接口用于监控装置充电及与无人机连接；电源管理模块集成了电压检测、充放电管理模块；锂电池用于给监控装置供电；装置底板用于集成type-c接口、电源管理模块、mcu等。，所述供电模块，在锂电池电压低于预设阈值时，通过type-c接收无人机向锂电池充入的电能，例如，锂电池充满电压为7.5v，设置阈值7v,在电压低于7v时，电源管理模块启动充电电路。

监控装置的作业流程如下

a)装置绑定

读取无人机唯一编码a，装置编码b，以及a+b，同时将三个编码存入mcu中。将装置通过type-c接口与无人机相连。

b)设备匹配

启动无人机及装置，无人机通过type-c接口给装置发送匹配指令(指令及无人机编码a)，装置收到指令及编码后，与存储的编码b相加，并与a+b进行比较，若运算结果一致则说明无人机与装置一一对应，允许飞行，否则匹配错误。

c)无人机正常飞行

操控无人机起飞，观察后台，在后台可显示无人机经纬度、高度、飞行速度等信息(该信息是装置获取的无人机信息)。因装置与无人机可以实时进行信息交互，在无人机各传感器功能正常时，装置传回了无人机巡检飞行数据。

d)模拟故障飞行

控制无人机降落，并取出无人机电池。观察后台，在后台可继续显示无人机经纬度、高度及速度等相关信息，可迅速定位无人机位置及状态。输电线路巡检一般在环境相对恶劣环境中，难免出现坠机，电源断开，此时装置电源启动继续采集经纬度、高度及速度等信息并发回后台，方便检修作业人员迅速定位和寻回。

本申请提供的监控装置，具备独立于无人机的定位、定高及通信模块，在无人机出现故障时可继续记录无人机所在位置及状态信息，并发回后台，便于检修作业人员及时定位寻回故障无人机。具备独立于无人机的供电功能，无人机正常工作时可从无人机取电，在无人机出现故障(断电时)自动启动备用电源，持续为装置提供稳定电源，并将无人机状态数据发送至后台。装置与无人机通过type-c接口相连，具备身份识别功能，可预先设置验证码，启动无人机时需验证装置与无人机一一对应关系，便于无人机的规范化管理。装置可同时获取无人机及自身定位、定高等传感器数据，确保了无人机巡检飞行数据记录的可靠性，解决对输电线路巡检用无人机全方位监控的需求。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。