[發明專利]一種用于四軸飛行器的全向超聲波障礙探測器

有效

• 申請號: 201510001548.2
• 申請日: 2015-01-05
• 公開（公告）號: CN104569993B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 吳限德;張憲亮;謝亞恩;易鈺馳;王巍;張德偉;許江濤;呂紅慶;郭鳳至;李方瑞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93;G01S15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于四軸飛行器的全向超聲波障礙探測器，包括單片機、多路選擇開關、升壓電路、放大電路、超聲波發射探頭、超聲波接收探頭、溫度補償電路、接口，其特征在于：

單片機(1)輸入端與多路選擇開關(2)、溫度補償計(7)；輸出端與多路選擇開關(2)、接口(6)相連；多路選擇開關(2)與單片機(1)、升壓電路(3)、放大電路(8)相連；升壓電路(3)的輸入端與多路選擇開關(2)相連；輸出端與超聲波發射探頭(4)相連；超聲波發射探頭(4)的輸入端與升壓電路(3)相連；超聲波接收探頭(5)的輸出端與放大電路(8)相連；接口(6)的輸入端與單片機(1)相連；溫度補償計(7)的輸出端與單片機(1)相連；放大電路(8)的輸入端與超聲波接收探頭(5)相連；輸出端與多路選擇開關(2)相連；

所述的超聲波發射探頭、超聲波接收探頭有12個，多路選擇包括24個開關，其中11個開關分別與放大電路的輸出端相連，11個開關與升壓電路的輸入端相連，單片機的輸入、輸出端與多路選擇開關相連；單片機控制發出微弱信號，經由多路選擇開關進入升壓電路，升壓電路將微弱信號轉化為強電信號，強電信號進入12個超聲波發射探頭，轉化為超聲波向周圍環境中發射；超聲波遇到周圍環境中的障礙物發生反射，與12個發射探頭相對應的12個接收探頭接收到反射波，將反射波轉化為微弱電信號，電信號進入放大電路將電信號放大，放大之后的電信號經由多路選擇開關進入單片機，單片機對于采集的數據進行處理，判斷哪些方向有超聲波反射回來，證明該方向環境中存在障礙物，并且通過超聲波的傳播時間，計算環境障礙物與飛行器之間的距離：

s_i＝165.75t_i i＝1,2,...,n

式中s_i為采樣點，t_i超聲波的傳播時間，以飛行器為圓心，以正北方向為起點的360^°方向采集n+1個點，分別為s₀,s₁,s₂,…s_n，利用拉格朗日插值法對n+1個離散點進行函數擬合，得到飛行器周圍距離：

L_n(θ)＝s₀L₀(θ)+s₁L₁(θ)+…+s_nL_n(θ)；

所述的溫度補償電路(7)的輸出端與單片機(1)，所述的超聲波發射探頭、超聲波接收探頭由12個，多路選擇包括24個開關，其中11個開關分別與放大電路的輸出端相連，11個開關與升壓電路的輸入端相連，單片機的輸入、輸出端與多路選擇開關相連；單片機控制發出微弱信號，經由多路選擇開關進入升壓電路，升壓電路將微弱信號轉化為強電信號，強電信號進入12個超聲波發射探頭，轉化為超聲波向周圍環境中發射；超聲波遇到周圍環境中的障礙物發生反射，與12個發射探頭相對應的12個接收探頭接收到反射波，將超聲波轉化為微弱電信號，電信號進入放大電路將電信號放大，放大之后的電信號經由多路選擇開關進入單片機，單片機對于采集的數據進行處理，判斷那些方向有超聲波反射回來，證明該方向環境中存在障礙物，并且通過超聲波的傳播時間，計算環境障礙物與飛行器之間的距離：

si=331.5+0.607T2ti,i=1,2,...,n]]>

式中s_i為采樣點，T為飛行器環境溫度，以飛行器為圓心，以正北方向為起點的360^°方向采集n+1個點，分別為s₀,s₁,s₂,…s_n，利用拉格朗日插值法對n+1個離散點進行函數擬合，得到飛行器周圍距離：

L_n(θ)＝s₀L₀(θ)+s₁L₁(θ)+…+s_nL_n(θ)；

還包括與預警系統相接的接口(6)，并且在單片機中加入預警算法，接口(6)的輸入、輸出端與單片機(1)相連；單片機收到超聲波接收探頭傳回的電信號，通過溫度補償算法計算周圍環境障礙物與飛行器之間的距離，根據兩者之間的距離判斷最小距離是否小于碰撞臨界值，如果某一方向的距離小于臨界值，單片機發出碰撞警報信號以及最佳躲避信號，通過接口(6)進入預警系統，預警系統發出警報并且報告危險距離的方位，提出飛行器最佳規避方案：

根據距離函數圖象，如果飛行器飛行距離s_θ滿足條件：

s_θ＜s_臨界

那么判斷θ+Δθ方向距離s_θ+Δθ是否達到規避距離值s_規避，如果達到，飛行器向θ+Δθ方向規避，如果達不到要求，那么繼續判斷θ+2·Δθ方向，直到達到要求為止。