[发明专利]一种无人机的大气边界层环境自主探测系统及其方法

摘要

本发明公开了一种无人机的大气边界层环境自主探测系统及其控制方法，包括：主控制器、姿态传感器、无线通讯模块、无人机飞控系统、LCD显示器、温度、湿度和气压传感器、二氧化碳传感器、SD卡。主控制器通过调用一系列的SDK函数控制M100飞行器按照预先设定的速度、角度执行飞行动作，同时在飞行器爬高的过程中控制器按照定时或者定高度采集数据，直到完成一组完整的0‑500m剖面测量，飞行器返航降落。本发明具有观测成本低、可灵活扩展传感器类型、操作简单方便等、数据精度和可信度高的特点，可在0‑500米边界层底层环境探测应用中取代上述两种观测手段。

主权项

一种无人机的大气边界层环境自主探测方法，其特征在于，所述无人机的大气边界层环境自主探测控制方法包括：主控制器通过调用一系列的SDK函数控制M100飞行器按照预先设定的速度、角度执行飞行动作，同时在飞行器爬高的过程中控制器按照定时或者定高度采集数据，直到完成一组完整的0‑500m剖面测量，飞行器返航降落；所述无人机的大气边界层环境自主探测控制方法，具体包括以下步骤：主控制器上电后依次初始化UART2接口、定时器TIM2、模数转换器ADC、系统滴答器Systick、实时时钟RTC、姿态传感器、无线通讯模块、SD卡、LCD显示器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、二氧化碳传感器，并对温度传感器、湿度传感器、气压传感器、二氧化碳传感器进行读数据测试，判断传感器是否工作正常；主控制器通过UART2接口与飞行器飞行控制系统通讯，依次调用SDK函数coreApi‑>getDroneVersion()，函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令；通过飞控系统UART口给控制器返回行器机体的固件版本序列号；控制器调用SDK函数coreApi‑>getSDKVersion()，该函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令，通过飞控系统UART口给控制器返回获取SDK版本序列号；主控制器调用函数coreApi‑>setControl(1)从遥控器获取控制器对飞行器机体的飞行控制权，该函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令，其中参数为1表示获取控制权，获取控制权命令函数执行成功，则飞控系统通过UART口给控制器返回命令执行成功状态信息，否则返回命令执行失败状态信息；主控制器调用SDK函数flight.task使飞行器机体完成起飞动作，该函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令，飞控系统收到此协议命令后，执行起飞动作，并悬停在距地面1.5米的高度；起飞命令函数执行成功，则飞控系统通过UART口给控制器返回命令执行成功状态信息，否则返回命令执行失败状态信息；主控制器调用SDK函数flight.setFlight和TIM_Cmd，flightData是SDK库中提供的一个飞行数据结构体，用户分别预设flightData.x，flightData.y，flightData.y，flightData.Yaw，flightData.Pitch，flightData.Roll为指定的值，调用上述函授控制器通过UART2口给飞控喜用UART口发送内部协议命令，飞控系统收到此协议命令后按照指定的X轴、Y轴、Z轴速度分量和指定姿态角Yaw，Pitch，Roll飞行，则通过TIM2的中断函数flight.setFlight和TIM_Cmd持续发送即可，控制器在初始化是将TIM2的中断频率设置为50Hz；飞行器机体飞行过程中，主控制器以指定的周期1秒持续调用SDK函数broadcastdata＝coreApi‑>getBroadcastData()获取飞行器机体的飞行信息，broadcastdata为SDK库中提供的飞行信息结构体，包括飞行器X,Y,Z方向速度信息，GPS位置信息、电池电量信息、飞行器飞行高度信息、飞行器海拔高度信息、磁偏角信息；该函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令，飞控系统收到此协议命令后，通过UART口给控制器返回broadcastdata结构体数据；主控制器判断飞行高度和电量两个参数，若飞行高度值超过阈值500米或者电量值低于阈值30％，则主控制器调用SDK函数flight.task使飞行器机体执行下降并自动降落动作，该函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令，飞控系统收到此协议命令后，执行下降并着陆飞行动作，该协议命令格式飞行器厂商尚未公开，提供封装函数供用户使用；主控制器调用SDK函数coreApi‑>setControl(0)使主控制器释放对飞行器机体的飞行控制权，使遥控器获取飞行器的飞行控制权；该函数的执行是通过控制器的UART2口给飞控系统UART口发送内部协议命令，其中参数为0表示释放当前控制权，接收到此命令后飞控系统放弃与控制器通讯，把通讯通道与遥控器建立连接，使遥控器获取对飞行器的控制权，协议命令格式飞行器厂商尚未公开，提供封装函数供用户使用；若未超过阈值，则主控制器依次读取飞行器机体的飞行信息；进而主控制器调用FATFS文件系统操作函数，调用f_open指令创建在SD卡根目录下创建data.txt文件，调用f_lseek函数将文件读写指针定位在文件的最后，调用f_write()函数“hour min sec height temperature humidity air pressure Co2 Vx Vy Vz battery<CR><LF>”指定格式存储SD卡，按照”$data,hour,min,sec,height,temperature,humidity,airpressure,Co2,Vx,Vy,Vz,battery<CR><LF>”的数据格式通过无线通讯模块发送到地面接收站并打印飞行器机体的飞行信息在LCD显示器。