CN202102301U - 基于民用手机网络的超远程无人机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其由机载系统和地面系统构成，所述机载系统由通讯导航子系统和姿态控制子系统组成。所述通讯导航子系统完成手机通讯、自动导航和任务功能，所述姿态控制子系统完成无人机的姿态和速度控制，所述地面系统实现手动或自动发出控制指令，由姿态控制子系统接收，实现无人机的起降控制和工作模式的转换。本实用新型采用手机网络实现了对无人机的超远程控制，克服了现有无人机技术中相应控制设备体积大、重量大、功耗大、电磁辐射强的缺点；基于手机网络的数据和指令的传输，实现了分布式控制；在森林防火、测绘、勘探、航空摄影摄像、减灾救灾、执法监察和应急指挥等很多领域都具有广泛的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，适用于森林防火、测绘、勘探、航空摄影摄像、减灾救灾、执法监察等领域。
背景技术
目前，林业部门目前采用的森林火警巡视手段分别有如下特点：有人值守瞭望塔多在深山老林，值守人员的工作条件恶劣，观测距离较小；卫星观测使用费用较高，受天气影响大，时效性一般；有人驾驶巡逻飞机使用成本高，难以实现全天不间断巡视。总体而言，空间/航空火警巡视已经被证明为最有效的预防和发现方式，我国的风云系列静止轨道气象卫星即具备此项功能。
国内外开始使用无人机完成巡视任务。现有无人机使用的远程控制手段主要有卫星链路、大功率遥控器和数据电台，造价高昂。另外其耗电量大，电磁辐射功率大，对天线的布置有特殊要求，机上设备电磁兼容难度大。
现有长航时无人机由于普遍翼载较高，机上起降设备不完善，造成飞机的起降速度过高。由此对起降场地和周边净空条件要求较高，同时对操作手的操纵技术和心理素质要求几近严酷。这些对于日常普遍性使用航空手段进行工作都是非常不利的。
无人驾驶飞行器受各种复杂条件的影响，失事率远高于现有的有人驾驶飞行器。一方面，体现了无人驾驶飞行器的使用价值，但从日常普遍使用的角度评价，现有无人驾驶飞行器的全寿命成本比较高，存在着用不起和不敢用的问题。
现有航空遥感、遥测以及监控，普遍采用的是控制中心（车）的控制或使用方式。虽然系统集成度高，但是单节点的控制模式使得全系统的可靠性变差，一旦关键节点出问题，必将造成全系统的瘫痪。在日常工作中必然造成出勤率和完好率低的印象。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种成本较低、可靠性较高的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，由机载系统和地面系统构成；所述机载系统由通讯导航子系统和姿态控制子系统构成；
所述通讯导航子系统包括装有导航程序的第一单片机、导航模块、第一舵机控制模块、存储器模块、装有任务程序的第二单片机、第二舵机控制模块、手机模块、连接插座和传感器模块；所述存储器模块分别与所述第一单片机、所述第二单片机双向连接；所述导航模块的输出端接第一单片机的相应输入端，所述第一单片机的相应输出端接第一舵机控制模块的输入端；所述传感器模块的输出端接第二单片机的相应输入端，所述第二单片机的相应输出端接第二舵机控制模块的输入端；所述手机模块和连接插座分别与所述第二单片机双向连接；
所述姿态控制子系统包括第三单片机、第三舵机控制模块、第一无线数据传输模块、高度传感器、速度传感器和连接插头；所述第三单片机分别与所述第一无线数据传输模块、所述连接插头双向连接，所述高度传感器和速度传感器的输出端分别接所述第三单片机的相应输入端；
所述地面系统包括计算机、第二无线数据传输模块和游戏控制器，所述计算机与第二无线数据传输模块双向连接，所述游戏控制器的输出端接所述计算机的相应输入端。
优选的，所述通讯导航子系统中的所述传感器模块为开关量输出或串行总线数字输出的温度传感器、火焰探测器、湿度传感器或风向传感器。
所述姿态控制子系统还包括无人机状态传感器模块，所述无人机状态传感器模块的输出端接所述第三单片机的相应输入端。所述无人机状态传感器为开关量输出或串行总线数字输出的温度传感器、电压传感器、电流传感器或转速传感器。
所述传感器模块或无人机状态传感器设有一个以上。
所述地面系统还包括一个以上摄像头，所述摄像头的输出端接计算机的相应输入端。
所述地面系统还包括无人机自动跟踪地面站，所述无人机自动跟踪地面站的输出端接所述计算机的相应输入端。
所述第一至第三单片机的型号为STC89C52/54；所述第一至第三舵机控制模块由单片机及其外围电路组成，所述单片机的型号为STC89C52/54，所述外围电路包括复位电路和晶振电路；所述第一、第二无线数据传输模块的型号为FC-201/SA；
所述通讯导航子系统中的存储器模块的型号为AT24C16；所述导航模块为GPS 、GLONESS、伽利略或北斗；所述手机模块的型号为JB35GM；
所述姿态控制子系统中的高度传感器的型号为MPS3128 或者老鹰树气压高度计；所述速度传感器的型号为老鹰树空速仪。
所述机载系统通过装有电雷管的绳环吊装在无人机上，所述电雷管的控制线接所述连接插头。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本实用新型采用手机网络实现了对无人机的超远程控制，克服了现有无人机技术中相应控制设备体积大、重量大、功耗大、电磁辐射强的缺点；（2）基于手机网络的数据和指令的传输，实现了分布式控制，克服了现有技术中以控制中心（车）为特征的单节点控制模式，系统可靠性提高，且成本低廉；（3）当无人机情况异常时，自动启动分离回收机构，实现机载系统与无人机的分离，从而回收价值更高的机载系统，进一步降低使用成本；（4）由于本系统具有优良的低空性能，任务载重余量大，因此在森林防火、测绘、勘探、航空摄影摄像、减灾救灾、执法监察和应急指挥等很多领域都具有广泛的应用。
附图说明
图1是通讯导航子系统原理方框图；
图2是姿态控制子系统原理方框图；
图3是地面系统原理方框图；
图4是第一单片机的程序框图；
图5是第二单片机的程序框图；
图6是第三单片机的程序框图；
图7是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
参看图1~图6，本实用新型由机载系统和地面系统构成；所述机载系统由通讯导航子系统和姿态控制子系统构成。
所述通讯导航子系统完成手机通讯、自动导航和任务功能，其包括装有导航程序的第一单片机、导航模块、第一舵机控制模块、存储器模块、装有任务程序的第二单片机、第二舵机控制模块、手机模块、连接插座和传感器模块；所述存储器模块分别与所述第一单片机、所述第二单片机双向连接；所述导航模块的输出端接第一单片机的相应输入端，所述第一单片机的相应输出端接第一舵机控制模块的输入端；所述传感器模块的输出端接第二单片机的相应输入端，所述第二单片机的相应输出端接第二舵机控制模块的输入端；所述手机模块和连接插座分别与所述第二单片机双向连接。所述传感器模块为开关量输出或串行总线数字输出的温度传感器、火焰探测器、湿度传感器或风向传感器。所述温度传感器、火焰探测器、湿度传感器或风向传感器可单独使用或者根据应用领域组合使用，使用时所述传感器模块的输出端分别接第二单片机的相应输入端。所述第一单片机和第二单片机的程序框图参见图4和图5。
所述姿态控制子系统包括第三单片机、第三舵机控制模块、第一无线数据传输模块、高度传感器、速度传感器和连接插头；所述第三单片机分别与所述第一无线数据传输模块、所述连接插头双向连接，所述高度传感器和速度传感器的输出端分别接所述第三单片机的相应输入端。所述姿态控制子系统还可以包括无人机状态传感器模块，所述无人机状态传感器模块的输出端接所述第三单片机的相应输入端；所述无人机状态传感器为开关量输出或串行总线数字输出的温度传感器、电压传感器、电流传感器或转速传感器，所述无人机状态传感器可单独使用或者根据监控需求组合使用。所述第三单片机的程序框图参见图6。
所述地面系统实现手动或自动发出控制指令，由姿态控制子系统接收，实现无人机的起降控制和工作模式的转换；所述地面系统包括计算机、第二无线数据传输模块和游戏控制器，所述计算机与第二无线数据传输模块双向连接，所述游戏控制器的输出端接所述计算机的相应输入端。所述地面系统还可以设置摄像头，所述的摄像头的输出端接计算机的相应输入端。所述摄像头可以设置一个或多个，分别为第一摄像头、第二摄像头……第N摄像头，分别安装在地面上的不同位置；所述摄像头可完成无人机的测距、测高、定位和拍摄功能，与计算机相配合实现无人机的自动起降。
所述地面系统还可以包括无人机自动跟踪地面站，所述无人机自动跟踪地面站可以为老鹰树地面站，其输出端接所述计算机的相应输入端，完成无人机的近距离自动跟踪。
本实施例中所述第一至第三单片机的型号为STC89C52/54；所述第一至第三舵机控制模块由单片机及其外围电路组成，所述单片机的型号为STC89C52/54，所述外围电路包括复位电路和晶振电路；所述第一、第二无线数据传输模块的型号为FC-201/SA；
所述通讯导航子系统中的存储器模块的型号为AT24C16；所述导航模块为GPS 、GLONESS、伽利略或北斗；所述手机模块的型号为JB35GM；
所述姿态控制子系统中的高度传感器的型号为MPS3128 或者老鹰树气压高度计；所述速度传感器的型号为老鹰树空速仪；
所述地面系统中的游戏控制器为通用游戏控制器，例如POWER PAD或TOPWAY牌的通用USB游戏控制器。
本实施例中所述机载系统通过装有电雷管的绳环吊装在无人机上，所述电雷管的控制线接所述连接插头。
本实用新型的工作流程参见图7，其具体步骤如下：
（1）通过通讯导航子系统在地面装定导航点；
（2）由地面系统控制无人机起飞，可通过游戏控制器手控起飞或者通过计算机与摄像头配合完成无人机的自动起飞；
（3）当无人机达到设定高度和速度后，通过游戏控制器或计算机控制无人机转入自动巡航状态，然后由姿态控制子系统控制无人机的姿态和速度，并由通讯导航子系统根据步骤（1）中装定的导航点完成无人机的导航；
（4）在自动巡航状态中，姿态控制子系统通过高度传感器、速度传感器和无人机状态传感器模块监测无人机的高度、速度、温度、电压、电流和转速等参数是否超出设定的阈值；
当超出阈值时，姿态控制子系统的连接插头置分离回收位，通过电雷管控制线使电雷管炸开，所述绳环断开，将机载系统在重力作用下与无人机分离，价值较高的机载系统得以回收；同时第二单片机将当前坐标和图像信息传送至手机模块，手机模块通过民用手机网络将图像和位置数据信息发送至各个终端，直至机载系统被关闭；
当未超出阈值时，进入步骤（5）；
（5）在巡航过程中，按照任务规划，无人机完成自动巡航，通过手机网络进行图像和位置数据传输；当接收到手机模块发送的导航信息时，第二单片机完成数据存储器中导航点的更新；然后判断巡航任务是否完成，当巡航任务没有结束时，重复步骤（4）；当巡航任务结束时，进入步骤（6）；
（6）当完成所有导航点的飞行之后，无人机返回着陆场；
（7）通过地面系统手动或自动降落。
Claims (9)
1.一种基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于由机载系统和地面系统构成；所述机载系统由通讯导航子系统和姿态控制子系统构成；
所述通讯导航子系统包括装有导航程序的第一单片机、导航模块、第一舵机控制模块、存储器模块、第二单片机、第二舵机控制模块、手机模块、连接插座和传感器模块；所述存储器模块分别与所述第一单片机、所述第二单片机双向连接；所述导航模块的输出端接第一单片机的相应输入端，所述第一单片机的相应输出端接第一舵机控制模块的输入端；所述传感器模块的输出端接第二单片机的相应输入端，所述第二单片机的相应输出端接第二舵机控制模块的输入端；所述手机模块和连接插座分别与所述第二单片机双向连接；
所述姿态控制子系统包括第三单片机、第三舵机控制模块、第一无线数据传输模块、高度传感器、速度传感器和连接插头；所述第三单片机分别与所述第一无线数据传输模块、所述连接插头双向连接，所述高度传感器和速度传感器的输出端分别接所述第三单片机的相应输入端；
所述地面系统包括计算机、第二无线数据传输模块和游戏控制器，所述计算机与第二无线数据传输模块双向连接，所述游戏控制器的输出端接所述计算机的相应输入端。
2.根据权利要求1所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述通讯导航子系统中的所述传感器模块为开关量输出或串行总线数字输出的温度传感器、火焰探测器、湿度传感器、光照度传感器或风向传感器。
3.根据权利要求2所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述姿态控制子系统还包括无人机状态传感器模块，所述无人机状态传感器模块的输出端接所述第三单片机的相应输入端。
4.根据权利要求3所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述无人机状态传感器为开关量输出或串行总线数字输出的温度传感器、电压传感器、电流传感器或转速传感器。
5.根据权利要求2或4所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述传感器模块或无人机状态传感器设有一个以上。
6.根据权利要求4所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述地面系统还包括一个以上摄像头，所述摄像头的输出端接计算机的相应输入端。
7.根据权利要求6所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述地面系统还包括无人机自动跟踪地面站，所述无人机自动跟踪地面站的输出端接所述计算机的相应输入端。
8.根据权利要求1~4任意一项或6~7任意一项所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述第一至第三单片机的型号为STC89C52/54；所述第一至第三舵机控制模块由单片机及其外围电路组成，所述单片机的型号为STC89C52/54，所述外围电路包括复位电路和晶振电路；所述第一、第二无线数据传输模块的型号为FC-201/SA；
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9.根据权利要求1~4任意一项或6~7任意一项所述的基于民用手机网络的超远程无人机控制系统，其特征在于所述机载系统通过装有电雷管的绳环吊装在无人机上，所述电雷管的控制线接所述连接插头。
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