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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 森林火警巡視無人機(jī)系統(tǒng)的研制
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品主要用來解決無人機(jī)的成本控制和遠(yuǎn)程控制問題。利用民用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，通過自行設(shè)計(jì)的機(jī)上控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了在低空環(huán)境下，對無人機(jī)進(jìn)行多點(diǎn)、不限距離的遠(yuǎn)程控制。利用航模隊(duì)自行設(shè)計(jì)制作的無人駕駛飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)長航時(shí)載重飛行。低廉的價(jià)格和使用成本、方便的遠(yuǎn)程控制、比較遠(yuǎn)的航程和靈活的載重配置，為小型無人機(jī)在各種民用行業(yè)的日常應(yīng)用，提供了較為完善的解決方案。
- 詳細(xì)介紹：
- 我國森林資源較為貧乏，人均森林占有面積僅為世界平均值的1/6，但森林火災(zāi)每年都有發(fā)生，如何解決森林防火的問題，成為林業(yè)工作的重中之重。 無人機(jī)中低空監(jiān)測系統(tǒng)具有機(jī)動快速、使用成本低、維護(hù)操作簡單等技術(shù)特點(diǎn)，在車、人無法到達(dá)的地區(qū)進(jìn)行資源和環(huán)境監(jiān)測、森林火災(zāi)監(jiān)測及救援指揮等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。 本作品借助于民用移動通信網(wǎng)絡(luò)，控制者可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)以及多種移動設(shè)備方便地在各種場合實(shí)現(xiàn)火警監(jiān)視和飛行器控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、低成本航空監(jiān)測。 本作品由電子控制系統(tǒng)和飛行器系統(tǒng)兩大系統(tǒng)構(gòu)成。 電子控制系統(tǒng)是整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的核心。它主要由導(dǎo)航與通信和飛行姿態(tài)控制兩大模塊組成。 導(dǎo)航與通信模塊由單片機(jī)、GPS模塊、手機(jī)模塊、攝像頭、明火探測器、存儲器以及攝像云臺組成。通過單片機(jī)讀取GPS數(shù)據(jù)，運(yùn)用控制算法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自動導(dǎo)航。通過明火探測器與攝像頭、手機(jī)模塊的協(xié)同工作發(fā)現(xiàn)火情并以短信息或電子郵件的方式發(fā)送火情信息。同時(shí)，可以使用短信息更改無人機(jī)巡航路線和任務(wù)。 飛行姿態(tài)控制模塊由機(jī)載模塊與地面控制站模塊組成。機(jī)載模塊由單片機(jī)系統(tǒng)、無線串口模塊、氣壓高度計(jì)及水平儀組成。地面控制模塊由游戲搖桿、PC機(jī)和無線串口模塊組成。地面模塊用于操作手手動控制無人機(jī)的起降?？罩醒埠綍r(shí)，機(jī)載模塊通過控制水平尾翼與副翼舵機(jī)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行姿態(tài)的自動調(diào)整。 飛行器參數(shù)： 總長1550mm 翼展1930mm 起飛重量7kg 任務(wù)載荷2kg 巡航速度90km/h 巡航高度<1000m
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品主要用來解決無人機(jī)的成本控制和遠(yuǎn)程控制問題。實(shí)現(xiàn)了在低空環(huán)境下，對無人機(jī)多點(diǎn)、不限距離的遠(yuǎn)程控制。利用航模隊(duì)自行設(shè)計(jì)制作的無人駕駛飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)長航時(shí)載重飛行。低廉的價(jià)格和使用成本、方便的遠(yuǎn)程控制、比較遠(yuǎn)的航程和靈活的載重配置，為小型無人機(jī)在各種民用行業(yè)的日常應(yīng)用，提供了較為完善的解決方案。 本作品利用民用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)（GSM，CDMA，WCDMA，GPRS，3G等等）進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，自行設(shè)計(jì)的飛機(jī)和機(jī)上控制設(shè)備，以低廉的成本，完成通訊（數(shù)據(jù)和圖像）、導(dǎo)航、任務(wù)管理、飛行控制和故障處理等功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)有無人機(jī)的遠(yuǎn)程控制基本上使用衛(wèi)星鏈路、大功率遙控器或數(shù)據(jù)電臺來完成。它們造價(jià)高昂，是無人機(jī)系統(tǒng)中最貴重的部件之一，一旦飛機(jī)失事，損失巨大。它們的耗電量大，因此需要更大、更重的電池作為能源，加之其自身體積重量大，占用了過多的飛機(jī)有效載重。同時(shí)，其電磁輻射功率大，對天線的布置有特殊要求，機(jī)上設(shè)備電磁兼容難度大。 本作品利用民用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)（GSM，CDMA，WCDMA，GPRS，3G等等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有通訊距離不受限制、價(jià)格低廉、耗電量小、體積重量小，電磁兼容性容易處理等優(yōu)點(diǎn)。此外，現(xiàn)有手機(jī)的功能豐富，集成的GPS導(dǎo)航功能和攝影攝像功能，可以被自行設(shè)計(jì)的機(jī)上控制設(shè)備利用，完成通訊、導(dǎo)航、任務(wù)管理、飛行控制和故障處理等功能。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2011年“挑戰(zhàn)杯”省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競賽終審決賽暨作品展示中獲特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 初試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)或委托開發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物展示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品包括無人機(jī)、地面和空中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由操作手通過地面控制裝置手控飛機(jī)起飛和降落，當(dāng)飛機(jī)到達(dá)指定高度后，由地面控制轉(zhuǎn)入自動飛行模式，可以利用在地面裝定好的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，由機(jī)載控制系統(tǒng)控制飛機(jī)完成航線飛行。飛行過程中，可以通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行導(dǎo)航點(diǎn)的更新和任務(wù)的更改；并能夠?qū)⑤d荷設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)、圖像傳輸回地面。 由于利用的是民用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，因此，實(shí)現(xiàn)了地面多點(diǎn)控制。操作者可以利用計(jì)算機(jī)、平板電腦，甚至是手機(jī)實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的控制，并能夠獲得載荷設(shè)備的各種數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的特性使得無人機(jī)即便失事也可以準(zhǔn)確、方便地確定失事地點(diǎn)和失事原因，便于進(jìn)行事故處理。 系統(tǒng)完全利用民用設(shè)備制造，成本低廉，對于失事率較高的無人駕駛飛行任務(wù)而言，提供了一種用得起的航空技術(shù)手段。在森林防火、測繪、勘探、航空攝影攝像、減災(zāi)救災(zāi)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 目前國外使用手機(jī)作為控制器的研究方興未艾。2009年由柏林自由大學(xué)的人工智能小組研發(fā)并由專門研究手機(jī)軟件的Appirion公司負(fù)責(zé)制造，實(shí)現(xiàn)了利用蘋果公司（Apple）的iPhone手機(jī)對一輛汽車的油門、剎車和方向進(jìn)行控制。雖然車速不快，并且不能控制變速箱，但是證明了手機(jī)作為控制器的可能性。2010年，PARROT公司AR.Drone四槳飛行器研制成功。它在機(jī)身前部安裝有93度廣角攝像頭，可以將視頻和圖像實(shí)時(shí)通過WIFI鏈接直接傳輸?shù)絠Phone、iPad或iPod Touch上，實(shí)現(xiàn)640x480分辨率的實(shí)時(shí)視頻傳輸并可以進(jìn)行飛機(jī)控制。 國內(nèi)使用手機(jī)作為飛行器控制系統(tǒng)的一部分也有應(yīng)用。2009年北京國遙萬維信息技術(shù)公司研制成功了Quickeye(快眼)- Ⅲ號和Quickeye(快眼)-Ⅳ號無人機(jī)，相比于單發(fā)動機(jī)、空重10公斤的II型，新型號采用雙發(fā)布局，單缸62CC發(fā)動機(jī)，飛機(jī)更大也更重。其自動駕駛儀里集成了三軸陀螺儀，氣壓傳感器，加速度傳感器和GPS天線等采集分析控制系統(tǒng)?？梢赃x用電臺、GSM、GPRS等方式建立數(shù)據(jù)鏈，將基站的觀測數(shù)據(jù)發(fā)送到流動站，實(shí)現(xiàn)高精度GPS實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)(RTK)?？梢钥闯?，其技術(shù)方案中，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)成為備選網(wǎng)絡(luò)。除專業(yè)公司外，國內(nèi)愛好者也在嘗試不同的技術(shù)方案，以期實(shí)現(xiàn)手機(jī)對無人駕駛飛機(jī)的控制。其中進(jìn)展較大的一個(gè)方案中，機(jī)載控制系統(tǒng)包括一部PPC手機(jī)和一套具備藍(lán)牙通訊功能的單片機(jī)飛行控制系統(tǒng)。該方案要求手機(jī)自帶GPS和藍(lán)牙功能。地面控制設(shè)備可以任選一部普通手機(jī)，通過短信與PPC手機(jī)通訊，PPC手機(jī)中的軟件解讀短信中的目的地GPS坐標(biāo)，結(jié)合PPC之前獲取的起飛點(diǎn)坐標(biāo)，通過計(jì)算獲得航線。機(jī)載PPC和單片機(jī)之間通過藍(lán)牙連接，由單片機(jī)發(fā)出控制信號，實(shí)現(xiàn)各個(gè)舵機(jī)和電調(diào)的控制。 在安全防盜、物流控制、無線上網(wǎng)等多個(gè)方面，國內(nèi)外基于手機(jī)的應(yīng)用也在蓬勃發(fā)展中。國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)表明，以手機(jī)網(wǎng)絡(luò)為代表的民用數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)以其寬廣的覆蓋范圍，靈活的組網(wǎng)方式和低廉的價(jià)格，吸引了越來越多的研究者投入到相關(guān)研究當(dāng)中去，力圖解決各種遠(yuǎn)程控制問題。隨著手機(jī)類產(chǎn)品的日新月異，相信在洶涌而來的‘物聯(lián)網(wǎng)’時(shí)代，基于手機(jī)民用遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)必然迎來百花齊放的春天。
