一種無(wú)人機(jī)精確定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)定位的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GPS和超聲波技術(shù)的無(wú)人機(jī)精確定位的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)的規(guī)模逐步擴(kuò)大，長(zhǎng)距離高電壓輸電線路迅速增長(zhǎng)。很多高壓線路跨越山川河流，傳統(tǒng)的人工巡線受地形環(huán)境等因素的影響，且效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、巡檢數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
[0003]因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)逐步發(fā)展無(wú)人機(jī)智慧巡檢技術(shù)，其不受地理環(huán)境的影響，極大地提高了工作效率。同時(shí)，無(wú)人機(jī)巡線視野獨(dú)特，使用先進(jìn)機(jī)載巡線設(shè)備，采集圖像視頻資料，能夠近距離觀測(cè)輸電線路桿塔、金具，提高了巡檢質(zhì)量。
[0004]但是，現(xiàn)有無(wú)人機(jī)全部依靠GPS定位，其定位精度過(guò)低，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)無(wú)法精準(zhǔn)作業(yè)。比如:精準(zhǔn)降落在充電平臺(tái)上進(jìn)行充電、精準(zhǔn)對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行憎水性測(cè)試、精確對(duì)輸電線上的異物清除。因此將很難提升巡檢工作的效率和質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)人機(jī)精確定位系統(tǒng)，使用GPS定位和超聲波定位兩種技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的精確定位，提高了無(wú)人機(jī)巡檢的工作效率和質(zhì)量。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種無(wú)人機(jī)精確定位系統(tǒng)，包括飛行控制系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)分別與紅外接收器、GPS定位系統(tǒng)、超聲波定位系統(tǒng)相連接，紅外接收器與遙控器相連接，所述超聲波定位系統(tǒng)包括控制器、地址編碼發(fā)射電路、射頻發(fā)射電路、超聲波發(fā)射器、地址編碼觸發(fā)電路、射頻接收電路、射頻接收器，控制器通過(guò)無(wú)線通信模塊與飛行控制系統(tǒng)相連接，地址編碼發(fā)射電路與地址編碼觸發(fā)電路通過(guò)無(wú)線電相連接;地址編碼發(fā)射電路、射頻發(fā)射電路與控制器相連接，地址編碼發(fā)射電路與射頻發(fā)射電路相連接，射頻發(fā)射電路與超聲波發(fā)射器相連接，地址編碼觸發(fā)電路與射頻接收電路相連接，射頻接收電路與射頻接收器相連接。
[0007]所述超聲波接收器、超聲波發(fā)射器分別用于接收和發(fā)射超聲波;所述地址編碼發(fā)射電路用于給發(fā)射的無(wú)線電進(jìn)行標(biāo)注，區(qū)分是哪個(gè)超聲波發(fā)射器發(fā)射的無(wú)線電；地址編碼觸發(fā)電路用于對(duì)接收的無(wú)線電進(jìn)行標(biāo)記，區(qū)分是哪個(gè)射頻接收器發(fā)射的無(wú)線電；控制器通過(guò)發(fā)射超聲波和接收超聲波的時(shí)間差測(cè)算超聲波接收器、超聲波發(fā)射器之間的距離。
[0008]所述超聲波接收器設(shè)置在無(wú)人機(jī)底部的中心位置，超聲波發(fā)射器設(shè)置在需要精確停落的區(qū)域，且超聲波發(fā)射器至少設(shè)有三個(gè)。
[0009]所述控制器為AT89S51單片機(jī)控制器。
[0010]所述遙控器上設(shè)有切換GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)。
[0011]所述無(wú)人機(jī)上設(shè)有距離檢測(cè)模塊，距離檢測(cè)模塊與飛行控制系統(tǒng)相連接;距離檢測(cè)模塊通過(guò)無(wú)人機(jī)上的超聲波接收器與精確停落區(qū)域上的超聲波發(fā)射器測(cè)量無(wú)人機(jī)與精確停落區(qū)域的距離，當(dāng)距離檢測(cè)模塊檢測(cè)到的距離小于十米時(shí)，飛行控制系統(tǒng)打開(kāi)超聲波定位系統(tǒng)。
[0012]所述超聲波發(fā)射器設(shè)有3個(gè)，超聲波發(fā)射器組成一個(gè)直角三角形。
[0013]其定位方法的步驟如下:
1)超聲波發(fā)射器按照直角方位設(shè)置，設(shè)需要精確停落無(wú)人機(jī)的位置為三維坐標(biāo)的原點(diǎn)，在坐標(biāo)原點(diǎn)(O，O，O)及(X，O，O)、(O，Y，O)點(diǎn)分別設(shè)置一個(gè)超聲波發(fā)射器；
2)飛行控制系統(tǒng)根據(jù)地下的遙控器利用GPS定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的飛行；
3)當(dāng)無(wú)人機(jī)到達(dá)需要精確停落的區(qū)域前方時(shí)，打開(kāi)超聲波定位系統(tǒng)，超聲波發(fā)射器將自己的位置信息傳送到飛行控制系統(tǒng)；
4)超聲波接收器、超聲波發(fā)射器之間持續(xù)發(fā)射信號(hào)，控制器通過(guò)三角定位算法測(cè)算超聲波接收器與超聲波發(fā)射器之間的距離；
5)控制器通過(guò)無(wú)線通信模塊將測(cè)算距離上傳給無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)，飛行控制系自動(dòng)控制飛機(jī)，向預(yù)先設(shè)定的目的地飛行；
6)超聲波發(fā)射器將最新的位置上傳到無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中，飛行控制系統(tǒng)測(cè)算其與各個(gè)超聲波發(fā)射器的距離，飛行控制系統(tǒng)更新位置，調(diào)整飛行姿態(tài)，直至落入指定的區(qū)域。
[0014]所述超聲波發(fā)射器向超聲波接受器發(fā)射同頻率的超聲波信號(hào)，超聲波接受器在收到無(wú)線電信號(hào)后同時(shí)向超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號(hào)，控制器通過(guò)超聲波發(fā)射器和超聲波接受器接收超聲波信號(hào)的時(shí)間差測(cè)算無(wú)人機(jī)與每個(gè)超聲波發(fā)射器的距離U、L2、L3。
[0015]所述三角定位算法的計(jì)算過(guò)程為:根據(jù)超聲波發(fā)射器原點(diǎn)(0，0，0)及(X，0，0)、(0，￥，0)，無(wú)人機(jī)與超聲波發(fā)射器的距離分別為1^、1^丄3，無(wú)人機(jī)與超聲波發(fā)射器所在平面的距離為Z，無(wú)人機(jī)在直角坐標(biāo)軸上要行走的距離分別為x、y、z，則
X2+ Y2+ Z2= Li2(I)
(X-x) 2+Y2+Z2= L22 (2)
X2+(Y- y) 2+Z2= L32 (3)
求解上列方程可得:
X =(L22-Li2+ X2)/2Y y =(L32- Li2+ Y2)/2Y
z =( L32+ L22- Li2- (X - X)2- (Y- y)2)1/20
[0016]本發(fā)明的有益效果是:在到達(dá)需要精確停落的區(qū)域之前，GPS定位系統(tǒng)根據(jù)手動(dòng)遙控指導(dǎo)飛行控制系統(tǒng)；當(dāng)?shù)竭_(dá)需要精確停落的區(qū)域，自動(dòng)打開(kāi)超聲波定位系統(tǒng)，超聲波接收器和超聲波發(fā)射器之間持續(xù)發(fā)射信號(hào)，飛行控制系統(tǒng)持續(xù)測(cè)算它們之間的距離，飛行控制系統(tǒng)更新目標(biāo)位置，隨時(shí)調(diào)整飛行姿態(tài)。因此，本發(fā)明GPS定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本定位，超聲波定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的精確定位，從而可以將無(wú)人機(jī)精確地落入特定區(qū)域。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0018]圖2為本發(fā)明超聲波系統(tǒng)的原理框圖。
[0019]圖3為本發(fā)明三角定位原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0021 ] 一種無(wú)人機(jī)精確定位系統(tǒng)，如圖1所示，包括飛行控制系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)和超聲波定位系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)分別與紅外接收器、GPS定位系統(tǒng)、超聲波定位系統(tǒng)相連接，紅外接收器與遙控器相連接。
[0022]超聲波定位系統(tǒng)包括控制器和射頻收發(fā)模塊，如圖2所示。射頻收發(fā)模塊包括超聲波接收器、超聲波發(fā)射器、地址編碼發(fā)射電路、無(wú)地址編碼觸發(fā)電路、射頻接收電路和射頻發(fā)射電路?？刂破鳛锳T89S51單片機(jī)控制器，控制器通過(guò)無(wú)線通信模塊與飛行控制系統(tǒng)相連接。地址編碼發(fā)射電路、射頻發(fā)射電路與控制器相連接，地址編碼發(fā)射電路與射頻發(fā)射電路相連接，射頻發(fā)射電路與超聲波發(fā)射器相連接，地址編碼觸發(fā)電路與射頻接收電路相連接，射頻接收電路與射頻接收器相連接。
[0023]超聲波接收器、超聲波發(fā)射器分別用于接收和發(fā)射超聲波;所述地址編碼發(fā)射電路用于給發(fā)射的無(wú)線電進(jìn)行標(biāo)注，區(qū)分是哪個(gè)超聲波發(fā)射器發(fā)射的無(wú)線電；地址編碼觸發(fā)電路用于對(duì)接收的無(wú)線電進(jìn)行標(biāo)記，區(qū)分是哪個(gè)射頻接收器發(fā)射的無(wú)線電；控制器通過(guò)發(fā)射超聲波和接收超聲波的時(shí)間差測(cè)算超聲波接收器、超聲波發(fā)射器之間的距離。不同點(diǎn)位發(fā)射的超聲波還要進(jìn)行區(qū)分，因此我們采用帶地址編碼的無(wú)線電觸發(fā)電路分別觸發(fā)各個(gè)發(fā)射點(diǎn)。地址編碼發(fā)射電路為無(wú)線電地址編碼發(fā)射電路，無(wú)地址編碼觸發(fā)電路為無(wú)線電無(wú)地址編碼觸發(fā)電路，它們通過(guò)超聲波進(jìn)行連接，通過(guò)空氣傳播互相通信。
[0024]超聲波接收器設(shè)置在無(wú)人機(jī)底部的中心位置，超聲波發(fā)射器設(shè)置在需要精確停落的區(qū)域，且超聲波發(fā)射器至少設(shè)有三個(gè)。本發(fā)明中超聲波發(fā)射器設(shè)有3個(gè)，超聲波發(fā)射器組成一個(gè)直角三角形。超聲波發(fā)射器設(shè)置在需要精確停落的區(qū)域的中心。其定位方法的步驟如下:
I)超聲波發(fā)射器按照直角方位設(shè)置，設(shè)需要精確停落無(wú)人機(jī)的位置為三維坐標(biāo)的原點(diǎn)，在坐標(biāo)原點(diǎn)(O，O，O)及(X，O，O)、(O，Y，O)點(diǎn)分別設(shè)置一個(gè)超聲波發(fā)射器。
[0025]2)飛行控制系統(tǒng)根據(jù)地下的遙控器利用GPS定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的飛行。
[0026]工作人員手動(dòng)控制遙控器