Система БПЛА для поиска восходящих потоков

Выполнил студент гр. 545Б
Шашков П.С.
1.
2.
3.
4.
5.
БПЛА
Восходящие потоки
Автопилот
Принцип работы системы
Подборка датчиков
Беспилотный летательный аппарат
летательный аппарат без экипажа на борту.
(БПЛА
)
-
Гражданская область применения БПЛА весьма обширна: от
сельского хозяйства и строительства до нефтегазового сектора
и сектора безопасности. БПЛА гражданского назначения могут
использоваться в работе служб по чрезвычайным ситуациям
(контроль пожарной безопасности); полиции (патрулирование
зон); предприятий сельского хозяйства (наблюдение за
посевами), лесничества и рыболовства (лесоохрана и контроль
рыбного промысла); компаний, занимающихся геодезией
(картографирование); институтов географии и геологии;
компаний нефтегазового сектора (мониторинг нефтегазовых
объектов); строительных предприятий (инспектирование
строек); средств массовой информации (аэрофото- и видео
съемка) и др.
ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ
Под действием Солнца поверхность Земли
нагревается и нагревает находящийся над ней воздух.
Нагревшийся воздух поднимается вверх, образуя
термические восходящие потоки (термики или ТВП).
Наиболее мощные термические потоки наблюдаются
летом после полудня при хорошем прогреве земли. По
мере удаления потока от земли он охлаждается и
опускается к земле. Этот процесс можно отнести к
конвекции.
A – верхние слои атмосферы
1 – нагретый участок земли
2 – восходящий поток
3 – нисходящий поток
ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ
Воздух является очень плохим проводником
тепла. Поэтому достаточно большой объем воздуха,
обладающий одной температурой и
перемещающийся в атмосфере с
другой температурой,
практически не отдаст тепло и не
получает его от окружающей
среды. Если частица воздуха
поднимается, давление в ней
уменьшается. Это приводит к
уменьшению ее температуры.
И наоборот, если частица воздуха опускается,
давление и ее температура
увеличиваются. В приземных слоях
атмосферы поднятие частицы воздуха на
100 м приводит к уменьшению ее температуры
примерно на 1 °с.
Автопилот — устройство или программноаппаратный
комплекс,
ведущий
транспортное
средство по определённой,
заданной ему траектории.
Наиболее часто
автопилоты применяются
для
управления летательными аппаратами (в связи с
тем, что полёт чаще всего происходит в
пространстве,
не
содержащем
большого
количества препятствий).
На законцовках крыла находятся термодатчики,
которые фиксируют значение температуры
окружающей их среды.
Сигналы, поступающие с этих датчиков
обрабатываются мк в соответствии с заданным
алгоритмом. Если в ходе анализа сигналов, все данные
указывают на наличие термического потока, то система
выдаёт управляющие сигналы, которые заводят ЛА в
термик.
2
НАЧАЛО
Крен больше
допустимого
Инициализация
оборудования
Выравниваем крен
Был сбой в
системе
Уровень высоты
меньше заданного
Восстановление
из лога
Самокалибровка
1
1
Включаем двигатель и
набираем заданную
высоту
Скорость
изменилась
Данные
гироскопа
1
Данные
акселерометра
Меняем коэффициент
отклонения
сервоприводов в
соответствии со
значением скорости
Температура
вышла за текущий
диапазон
Данные
барометра
1
Данные
компаса
Данные
термодатчиков
Данные
для
анализа
Меняем
чувствительность
термодатчиков
Разность
температур
2
Поворот в сторону
потенциала
1
Датчик
Назначение
Скорость
max(Гц)
Интерфейс
Напряжение
питания max (В)
Потребляемый
ток max (мА)
L3G4200D
Трехосевой
гироскоп
800
SPI/I2C
3.6
6.1
LIS302DLH
Трехосевой
акселерометр
1000
SPI/I2C
3.6
0.25
LPS331AP
Барометр
25
SPI/I2C
3.6
30
HMC5883L
Компас
160
I2C
3.6
0.1
1) Фотодиод
2) Пироэлемент
3) Термопара
4) ЛИТ
Требуемые параметры:
-чувствительность не менее 0,01 градуса С
-скорость получения данных не менее 270 Гц
-малый вес
Тепловое излучение или лучеиспускание —
передача энергии от одних тел к другим в
виде электромагнитных волн за счёт их тепловой
энергии. Тепловое излучение в основном приходится
на инфракрасный участок спектра от 0,74 мкм до
1000 мкм. Отличительной особенностью лучистого
теплообмена является то, что он может
осуществляться между телами, находящимися не
только в какой-либо среде, но и вакууме.
Чем выше температура, тем короче длина волны и
выше интенсивность излучения.
Фотодиод — приёмник оптического излучения,
который преобразует попавший на его
фоточувствительную область свет в электрический
заряд за счёт процессов в p-n-переходе.
Недостатки: для получения требуемой чувствительности
требуется собирать высокоточные фильтры.
Пироэлемент —датчик, работающий на
пироэлектрическом эффекте ( явление
возникновения электрического поля в кристаллах при
изменении их температуры).
Недостатки: инерционность.
Термопара —спай двух различных металлов, при
изменении температуры на границе их
соприкосновения происходит изменение
ЭДС (Эффект Зеебека).
Недостатки: инерционность.
Метод лазерной интерференционной термометрии (ЛИТ) позволяет
измерять нестационарную температуру плоскопараллельной
пластинки. ЛИТ является самым чувствительным методом
термометрии полупроводниковых и диэлектрических подложек в
микротехнологии.
Схема ЛИТ в отраженном свете: лазер (1), светоделительный кубик
(2), зондируемая пластинка (3), фотоприемник (4), мк (5).
Недостатки: сложность.