發(fā)布時(shí)間：2021-01-30 15:11

　　隨著城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,滅火救援面臨著復(fù)雜多變的現(xiàn)場(chǎng)條件,高層建筑火火及人員逃生是當(dāng)前世界公認(rèn)的難題。傳統(tǒng)的滅火方式捕獲信息慢,處理響應(yīng)不夠及時(shí),因此如何高效、快速地獲取信息并傳遞信息、重點(diǎn)針對(duì)被困人員展開施救,成為滅火救援面臨的一個(gè)新問題。上述問題的解決方案之 就是借助無線監(jiān)控及特殊的消防手段實(shí)施滅火救援工作。但是高層樓宇往往建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,具有滅火通信設(shè)備不完善、無線信號(hào)覆蓋面不足等缺點(diǎn),使得傳輸過程中信號(hào)容易受到干擾,很難保證傳輸?shù)膶?shí)效性和可靠性�；谝陨显�,本論文在分析現(xiàn)有滅火系統(tǒng)的發(fā)展以及優(yōu)缺點(diǎn)后,以高層建筑火災(zāi)偵查和消防滅火為目標(biāo),對(duì)城市消防無人機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)開發(fā)。本論文對(duì)消防無人機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開研究,其核心內(nèi)容是完成主要機(jī)載設(shè)備的選型以及機(jī)載控制器的開發(fā)及測(cè)試,使其能夠以無線傳輸方式下傳圖像、飛行姿態(tài)等信息,又能根據(jù)地面操控指令完成云臺(tái)姿態(tài)控制、攝像機(jī)控制、滅火彈發(fā)射、定位信息獲取及顯示等一系列操作。按照以上總體要求,經(jīng)過認(rèn)真的分析和細(xì)化,最終確定系統(tǒng)功能需求和技術(shù)要求。本論文主要做了以下幾方面的工作:1.論文首先對(duì)系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析,進(jìn)而提出技術(shù)指標(biāo),... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：54 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

控制系統(tǒng)組成原理框圖

控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)受制于無人機(jī)有限的空間，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以提高集成度、減小控制板的體積為目標(biāo)。因此無人機(jī)機(jī)載控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以機(jī)載控制器的設(shè)計(jì)為核心。機(jī)載控制器不僅要求能夠?qū)崟r(shí)獲取飛行姿態(tài)、GPS信息、滅火彈狀態(tài)等數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，還應(yīng)具有對(duì)攝像機(jī)及其云臺(tái)等設(shè)備的控制能力，同時(shí)利用集成的無線圖像傳輸、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)與地面操控終端的圖像信息、數(shù)據(jù)和控制指令的傳輸。依據(jù)設(shè)備在無人機(jī)上的布局關(guān)系，本系統(tǒng)的機(jī)載控制系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示：圖3-1機(jī)載控制系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)圖Fig.3-1SpaceStructureDiagramofAirborneControlSystem整個(gè)機(jī)載控制系統(tǒng)從空間結(jié)構(gòu)上劃分，由電源盒、控制盒和外設(shè)等構(gòu)成，它們之間通過電纜連接。電源盒內(nèi)安裝電池組�？刂坪杏捎隗w積較小，因此內(nèi)部?jī)H安裝電路板級(jí)的模塊，如機(jī)載控制器、GPS模塊、無線數(shù)傳模塊、姿態(tài)測(cè)量模塊等，外設(shè)則主要由云臺(tái)、攝像機(jī)和無線圖傳模塊等構(gòu)成。從功能結(jié)構(gòu)劃分，機(jī)載控制器為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，因此對(duì)其加以單獨(dú)介紹，而將其它部分作為外設(shè)單獨(dú)介紹。3.1系統(tǒng)供電方式電源模塊是硬件系統(tǒng)的供電模塊，它決定整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，電源模塊的設(shè)計(jì)不僅可以提高硬件的可靠性，還可以為其余各單元模塊提供相應(yīng)的電壓。整個(gè)機(jī)載電源的供電包括供電盒和電源管理模塊兩部分組成，為自身工作供電和相關(guān)設(shè)備供電。無人機(jī)的供電本論文不予考慮。供電盒內(nèi)安裝有低溫鋰電池組，低溫鋰電池組選用18650鋰電池[26]構(gòu)成，因?yàn)樵O(shè)備

Ч??電源管理模塊的作用同樣重要，因?yàn)殡娫崔D(zhuǎn)換效率和供電管理方式直接決定著電能的消耗。電源管理模塊的功能有兩個(gè)：一是對(duì)供電盒的輸出電壓進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以滿足不同設(shè)備的供電需求。二是按照控制指令對(duì)不同設(shè)備的供電進(jìn)行通斷控制，以節(jié)約電能。電源管理模塊的功能由機(jī)載控制器完成。由于提供給機(jī)載控制盒的電壓為12VDC，而實(shí)際器件需要的電壓如下所示：1）3.3V/1A：為控制器（3.3V/0.2A）和無線數(shù)傳模塊提供電源（3.3V/0.5A）；2）5V/1A：為其它外設(shè)和GPS定位模塊提供電源（5V/0.5A）；因此最終確定的電源供電電路圖如圖3-2所示。圖3-2電壓轉(zhuǎn)換電路圖Fig.3-2VoltageConversionCircuitDiagram圖中LM2596是3A電流輸出的降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片[27]，由于芯片自身包括振蕩器和內(nèi)部穩(wěn)壓電路等，因此使用此芯片只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。電壓轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置AMS1117-3.3穩(wěn)壓芯片來提供3.3V的穩(wěn)定電壓，為避免電源切斷時(shí)出現(xiàn)的電壓反沖[28]，圖中設(shè)置一個(gè)容值較大的電容C4來進(jìn)行保護(hù)。而輸出端的較小容值的C6電容則是為了消除穩(wěn)壓過程中的波形振蕩，使得輸出的電壓為穩(wěn)定的3.3V。3.2外圍設(shè)備選型在整個(gè)控制系統(tǒng)的開發(fā)中，應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)系統(tǒng)供電情況完成外設(shè)選型，再依據(jù)選擇的外設(shè)進(jìn)行機(jī)載控制器的開發(fā)。下面就對(duì)姿態(tài)測(cè)量模塊、無線數(shù)傳模塊、GPS模塊、無線圖傳模塊、云臺(tái)和攝像機(jī)等的選型進(jìn)行介紹。

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