[发明专利]一种用于四轴飞行器的全向超声波障碍探测器

摘要

本发明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。

主权项

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；所述的超声波发射探头、超声波接收探头有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，将反射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，判断哪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，ti超声波的传播时间，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)；所述的温度补偿电路(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+0.607T2ti,i=1,2,...,n]]>式中si为采样点，T为飞行器环境温度，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)；还包括与预警系统相接的接口(6)，并且在单片机中加入预警算法，接口(6)的输入、输出端与单片机(1)相连；单片机收到超声波接收探头传回的电信号，通过温度补偿算法计算周围环境障碍物与飞行器之间的距离，根据两者之间的距离判断最小距离是否小于碰撞临界值，如果某一方向的距离小于临界值，单片机发出碰撞警报信号以及最佳躲避信号，通过接口(6)进入预警系统，预警系统发出警报并且报告危险距离的方位，提出飞行器最佳规避方案：根据距离函数图象，如果飞行器飞行距离sθ满足条件：sθ＜s临界那么判断θ+Δθ方向距离sθ+Δθ是否达到规避距离值s规避，如果达到，飞行器向θ+Δθ方向规避，如果达不到要求，那么继续判断θ+2·Δθ方向，直到达到要求为止。