[实用新型]一种基于无线传感网络的飞艇囊体压力控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于航空控制技术领域，具体涉及一种基于无线传感网络的飞艇囊体压力控制系统。

背景技术

飞艇是一种靠气囊中装有轻质气体（一般为氦气）产生的浮力升空，可控制飞行轨迹的飞行器，尤其是近些年来出现的大型飞艇，飞艇体积巨大，并且有多个气囊，飞行高度高，在通信、遥感、预警探测等领域有着广阔的应用前景和发展潜力。压力控制系统主要完成对飞艇的各个气囊压力状态的检测与控制任务，根据检测的气囊压力控制执行机构（如风机、阀门等）完成飞艇副气囊进行充放气操作，从而实时调节主气囊的压力，使之维持在要求的范围内，使飞艇能够保持一定的气动外形，维持需要的刚度，应对环境中气流和温度的变化带来的气囊压力变化。

大型飞艇有多个气囊，每个气囊都有压力检测器和压力控制执行结构，用以控制囊体压力。传统的压力控制方案是采用总线方式，虽然这一方式具有通信可靠性高的优点，但需要在飞艇上布设大量导线，增加了飞艇的自身重量，浪费了飞艇的有限载荷，并且在系统扩展上有较大困难，设备维护、检修也很不方便。

近年来无线传感网络发展迅猛，主流协议主要有Bluetooth、ZigBee、UWB和Wi-Fi等，其中ZigBee技术具有低功耗、低成本、网络容量大、时延短、数据传输安全可靠等优点，在小范围、短距离通信领域具有不可替代的优势。应用基于ZigBee技术的无线传感网络进行飞艇囊体压力控制，只需要一根电源线绕艇一周，所有的执行机构控制器和压力检测器都并联在电源线上，节省了大量的导线，减轻了飞艇自身重量。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服有线方式飞艇囊体压力控制系统重量大，系统扩展困难，设备维护、检修不易的缺点；本实用新型提供了一种基于无线传感网络的压力控制系统，可以有效解决大型飞艇多囊体压力统一控制的问题。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种基于无线传感网络的飞艇囊体压力控制系统， 它由艇控计算机1、网络协调器2、执行机构控制器3、压力检测器4组成；艇控计算机1 通过串行通讯接口RS485与网络协调器2相连，网络协调器2、执行机构控制器3、压力检测器4都包含有ZigBee无线通信模块5，形成一个基于ZigBee通信技术的树型无线传感网络，部分执行机构控制器(3)和压力检测器(4)可以作为路由器；

网络协调器2由ZigBee无线通信模块5、串口通信模块10组成；网络协调器2通过串口通信模块10和艇控计算机1串行通信连接。

执行机构控制器3由ZigBee无线通信模块5、执行机构驱动电路6、执行机构加热驱动电路7、温度测量电路8、温度传感器9组成；每个执行机构控制器3控制一个执行机构12，并测量执行机构12的温度，需要时给执行机构12加热，使执行机构12的温度维持在正常工作范围内。

压力检测器4由ZigBee无线通信模块5、串口通信模块10、压力传感器11组成；压力检测器4把检测到的压力信息实时发送给艇控计算机1。

ZigBee无线通信模块5包括集成有增强型8051处理器内核的射频芯片CC2430、射频放大器CC2591、2.4GHz专用天馈系统；其运行ZigBee协议组建一个树型无线传感网络，进行数据与命令的传输。

树型无线传感网络由网络协调器、路由器、终端设备构成，支持数据的多跳传输，在部分节点失效或路由不畅时，可以自动寻找路由重新组建网络。

本实用新型提供的基于无线传感网络的飞艇囊体压力控制系统，有艇控计算机、网络协调器、执行机构控制器、压力检测器组成。艇控计算机完成压力数据的处理、发出执行机构控制指令、进行自控参数的设置等功能，通过串口RS485与网络协调器通信，接收压力检测器测量的囊体压力，发出执行机构控制命令。网络协调器、执行机构控制器、压力检测器都包含有ZigBee无线通信模块（选用的ZigBee芯片内部集成了一个增强型8051处理器内核），形成一个基于ZigBee通信技术的无线传感控制网络，执行机构控制器和压力检测器都作为无线传感网络节点。网络协调器负责建立和管理整个无线传感网络，执行机构控制器接收控制命令控制执行机构，压力检测器测量飞艇囊体压力并上报，部分执行机构控制器和压力检测器具有路由器的功能，可以作为信息和指令传输中继节点。各部分说明如下：

艇控计算机：其核心部件是一个嵌入式计算机，通过串行通讯接口RS485与网络协调器双向通信。在压力控制系统中的作用主要是接收囊体压力信息，进行数据的处理和自控参数的设置，发出执行机构控制指令，把囊体压力控制在设定的范围内。