一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器制造技术

本发明专利技术属于飞行环境障碍探测领域，具体涉及一种实现全方位距离测量的、碰撞检测和预警的用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口。本发明专利技术由于采用全向超声波探头，可以对周围环境进行全方位检测。在某一瞬时，可以同时实现四旋翼飞行器与周围环境相对距离测量，碰撞威胁发现及预警。大幅减少了用于军事侦查的时间，具备侦查速度优势，而且全向超声波探测器在工作时不需要四轴飞行器调整姿态，又大幅降低了操作的复杂性，提高检测效率和实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于飞行环境障碍探测领域，具体涉及一种实现全方位距离测量的、碰撞检测和预警的用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。
技术介绍
由于无人飞行器飞行的城市环境越来越复杂，无人机数据采集难度大大增加，对机载超声波敏感器的探测也提出了更高的要求。常规机载超声波探测器采用固定的单个超声波发射器和接收器采集数据，通过单片机对数据进行处理。这使得在某一瞬时，飞行器只能获得单一方向的障碍情况；同时，传统的机载超声波探测器对周围的环境距离进行测量时，需要调整飞行器姿态，不仅加大了操作难度，而且缺乏可靠性。常规超声波探测器通过多次调整飞行器姿态寻找目标，操作性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决单个固定机载超声波探测器在故障检测、距离测量、目标寻找中操作性差的问题，提供一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器。本专利技术的目的是这样实现的：用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口：单片机1输入端与多路选择开关2、温度补偿计7；输出端与多路选择开关2、接口6相连；多路选择开关2与单片机1、升压电路3、放大电路8相连；升压电路3的输入端与多路选择开关2相连；输出端与超声波发射探头4相连；超声波发射探头4的输入端与升压电路3相连；超声波接收探头5的输出端与放大电路8相连；接口6的输入端与单片机1相连；温度补偿计7的输出端与单片机1相连；放大电路8的输入端与超声波接收探头5相连；输出端与多路选择开关2相连。超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离：si＝165.75ti i＝1,2,...,n式中si为采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个点，分别为s0,s1,s2,…sn，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周围距离：Ln(θ)＝s0L0(θ)+s1L1(θ)+…+snLn(θ)。温度补偿电路7的输出端与单片机1，所述的超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周围环境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环境障碍物与飞行器之间的距离：si=331.5+0.607T2tii=1,2,...,n]]>式中si为采样点，以飞行器为圆心，以正北方向为起点的360°方向采集n+1个点，分别为s0,s1,s2,…sn，利用拉格朗日插值法对n+1个离散点进行函数拟合，得到飞行器周围距离：Ln(θ)＝s0L0(θ)+s1L1(θ)+…+snLn(θ)。本专利技术的有益效果在于：本专利技术由于采用全向超声波探头，可以对周围环境进行全方位检测。在某一瞬时，可以同时实现四旋翼飞行器与周围环境相对距离测量，碰撞威胁发现及预警。大幅减少了用于军事侦查的时间，具备侦查速度优势，而且全向超声波探测器在工作时不需要四轴飞行器调整姿态，又大幅降低了操作的复杂性，提高检测效率和实时性。附图说明附图1是本专利技术的探测系统组成示意图。附图2是本专利技术的俯视结构示意图。附图3是本专利技术的侧视结构示意图。附图4是本专利技术的温度补偿电路原理图。附图5是飞行器周围障碍情况及全向距离函数曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术涉及一种飞行环境障碍探测，可应用于中小型无人飞行器和四旋翼飞行器自主飞行的、全方位距离测量的、碰撞检测和预警的全向超声波探测器及其实现方法，属于无人飞行器的数据采集及处理
附图2中，第一层以45°角为间隔，均匀分布八个超声波探头；第二层以120度角为间隔，均匀分布三个超声波探头，并且探头方向与水平面保持45度角。第三层设置一个探测头，与水平面夹角为90度.附图2和附图3两个结构附图表现的是全向超声波探测器的一半结构，由于本结构上下对称，下面的结构域上面部分布局相同，所以不再单独列出。本专利技术包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口。单片机1输入端与多路选择开关2、温度补偿计7；输出端与多路选择开关2、接口6相连。多路选择开关2与单片机1、升压电路3、放大电路8相连。升压电路3的输入端与多路选择开关2相连；输出端与超声波发射探头4相连。超声波发射探头4的输入端与升压电路3相连。超声波接收探头5的输出端与放大电路8相连。接口6的输入端与单片机1相连。温度补偿计7的输出端与单片机1相连。放大电路8的输入端与超声波接收探头5相连；输出端与多路选择开关2相连。具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、12个超声波发射探头、12个超声波接收探头。多路选择包括24个开关，分别为开关21,开关22……开关224，开关21与升压电路31的输入端相连，开关22与放大电路81的输出端相连，开关23与升压电路32输入端相连，开关24与放大电路82的输出端相连，……开关223与升压电路312的输入端相连，开关224与放大电路的输出端相连。单片机的输入、输出端与多路选择开关相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口，其特征在于：单片机(1)输入端与多路选择开关(2)、温度补偿计(7)；输出端与多路选择开关(2)、接口(6)相连；多路选择开关(2)与单片机(1)、升压电路(3)、放大电路(8)相连；升压电路(3)的输入端与多路选择开关(2)相连；输出端与超声波发射探头(4)相连；超声波发射探头(4)的输入端与升压电路(3)相连；超声波接收探头(5)的输出端与放大电路(8)相连；接口(6)的输入端与单片机(1)相连；温度补偿计(7)的输出端与单片机(1)相连；放大电路(8)的输入端与超声波接收探头(5)相连；输出端与多路选择开关(2)相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，包括单片机、多路选择开关、升压电
路、放大电路、超声波发射探头、超声波接收探头、温度补偿电路、接口，其特征在于：
单片机(1)输入端与多路选择开关(2)、温度补偿计(7)；输出端与多路选择开关(2)、
接口(6)相连；多路选择开关(2)与单片机(1)、升压电路(3)、放大电路(8)相连；升
压电路(3)的输入端与多路选择开关(2)相连；输出端与超声波发射探头(4)相连；超声
波发射探头(4)的输入端与升压电路(3)相连；超声波接收探头(5)的输出端与放大电路
(8)相连；接口(6)的输入端与单片机(1)相连；温度补偿计(7)的输出端与单片机(1)
相连；放大电路(8)的输入端与超声波接收探头(5)相连；输出端与多路选择开关(2)相
连。
2.根据权利要求1所述的一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器，其特征在于：
所述的超声波发射探头、超声波接收探头由12个，多路选择包括24个开关，其中11个开关
分别与放大电路的输出端相连，11个开关与升压电路的输入端相连，单片机的输入、输出端
与多路选择开关相连；单片机控制发出微弱信号，经由多路选择开关进入升压电路，升压电
路将微弱信号转化为强电信号，强电信号进入12个超声波发射探头，转化为超声波向周围环
境中发射；超声波遇到周围环境中的障碍物发生反射，与12个发射探头相对应的12个接收
探头接收到反射波，将超声波转化为微弱电信号，电信号进入放大电路将电信号放大，放大
之后的电信号经由多路选择开关进入单片机，单片机对于采集的数据进行处理，判断那些方
向有超声波反射回来，证明该方向环境中存在障碍物，并且通过超声波的传播时间，计算环
境障碍物与飞行器之...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴限德，张宪亮，谢亚恩，易钰驰，王巍，张德伟，许江涛，吕红庆，郭凤至，李方瑞，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23