[发明专利]高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统及控制方法

权利要求书

1.一种高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，包括空中发射平台、地面手机控制终端和地面无线信号发射器；其中的地面手机控制终端与所述空中发射平台中的单片机通讯连接；所述地面无线信号发射器为该灭火弹瞄准发控系统提供wifi信号；所述空中发射平台包括单片机、激光测距传感器和摄像头；其中摄像头的信号输出端与所述单片机上的图像信号输入端连通；

所述激光测距传感器的数据信号输出端与所述单片机上的数据信号输入端连通；所述激光测距传感器的控制信号输入端与所述单片机上的控制信号输出端连通；该单片机中集成有视频预处理模块、视频字符叠加模块、视频同步分离模块、视频处理模块、继电器模块、wifi模块，其中视频字符叠加模块中主要包含字符叠加芯片和二通道高速模拟开关；

所述地面手机控制终端与单片机进行通信；所述地面手机控制终端接收摄像头拍摄的实时视频的视频信号，并控制空中发射平台；

通过灭火弹的控制信号切换按钮控制灭火弹的发射信号。

2.如权利要求1所述高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，所述单片机接收地面手机控制终端发出的控制信号，接收并处理激光测距传感器传来的数据、控制激光测距传感器的开关、控制视频字符叠加模块中的字符叠加芯片与二通道高速模拟开关、控制继电器模块的通断、控制灭火弹的点火与发射。

3.如权利要求2所述高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，所述视频预处理模块用于对视频进行预处理，将摄像头传来的视频输入信号的基线提升到2V；通过所述视频同步分离模块将视频的行同步信号与场同步信号进行同步分离，将摄像头所拍的并经过视频预处理模块处理之后的视频信号分离出行同步信号、场同步信号；

视频字符叠加模块中的字符叠加芯片的两只引脚接收所述行同步信号和场同步信号，使该视频字符叠加芯片输出的叠加字符信号与视频信号同步；该字符叠加芯片的三只引脚接收单片机的指令，由单片机控制该字符叠加芯片输出字符信号和脉冲切换信号；将所述视频信号与字符叠加芯片生成的字符信号输入至二通道高速模拟开关中，该视频图像与字符信号在给定频率下交替输出并传给视频处理模块；

所述视频处理模块用于将视频字符叠加模块中的二通道高速模拟开关输出的字符与视频混合信号还原成基线为0V的视频输出信号，进而传输到wifi模块；

继电器模块用于控制解锁与点火电路的通断。

4.如权利要求1所述高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，wifi模块连接地面无线信号发射器所发出的局域网信号，并与所述地面手机控制终端连通，使所述摄像头拍摄的视频图像能够实时传输到所述地面手机控制终端，且地面操作人员能够通过所述地面手机控制终端对空中发射平台进行实时控制。

5.如权利要求2所述高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，所述激光测距传感器的通信接口的测量精度为±2mm，测量范围为0.02～100m，测量时间为0.3～3秒，激光等级为Ⅱ级。

6.如权利要求2所述高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，将测距目标中心点参考十字线、灭火弹下沉量参考十字线，以及空中发射平台与目标之间的实时距离通过视频字符叠加模块叠加到摄像头拍摄的实时视频上。

7.如权利要求2所述高层建筑消防无人机的灭火弹瞄准发控系统，其特征在于，通过灭火弹的解锁按钮控制灭火弹的继电器解锁电路；通过灭火弹的点火按钮控制灭火弹的继电器点火电路。

8.一种如权利要求1所述灭火弹瞄准发控系统的控制方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，空中发射平台和地面无线信号发射器通电；

步骤2，地面手机控制终端联网；

步骤3，通过激光测距传感器将所测的空中发射平台与目标之间的实时距离传给单片机，得到灭火弹下沉量参考十字线的位置坐标；同时摄像头所拍的实时视频也传给单片机，并经过视频预处理模块和视频同步分离模块处理后，得到行同步信号和场同步信号；

所述灭火弹下沉量参考十字线的位置坐标与测距目标中心点参考十字线的位置坐标之差为h,激光测距传感器测得的空中发射平台与目标之间的实时距离为s；所述h与s之间的关系符合平抛运动规律,关系式为：

2h＝g(s/v₀)²

式中：v₀为灭火弹离轨初速度；g为重力加速度；

将由导弹工程人员提供的灭火弹离轨初速度v₀预先植入到单片机的FLASH存储器中，当测得的空中发射平台与目标之间实时距离s改变时，得到所述灭火弹下沉量参考十字线的位置坐标与测距目标中心点参考十字线的位置坐标之差h，从而得到所述灭火弹下沉量参考十字线的位置坐标；

步骤4：单片机将灭火弹下沉量参考十字线的位置坐标发给视频字符叠加模块中的字符叠加芯片，同时将得到的行同步信号和场同步信号传输给字符叠加芯片，经过字符叠加芯片的处理后，得到字符信号和脉冲切换信号；

所述的字符信号包括测距目标中心点参考十字线的字符及位置信号、激光测距传感器所测的空中发射平台与目标之间实时距离的字符及位置信号和灭火弹下沉量参考十字线的字符及位置信号；

步骤5：将得到的字符信号与脉冲切换信号和摄像头所拍的并经过视频预处理模块处理之后的视频信号一起输入到二通道高速模拟开关，经过二通道高速模拟开关的处理后，得到字符与视频混合信号；

步骤6：将步骤5中得到的字符与视频混合信号传输给视频处理模块，经视频处理模块处理后，再传给wifi模块，最后通过局域网传给地面手机控制终端；

步骤7：地面操作人员通过改变无人机在空中的位置，使空中发射平台与目标之间的距离保持在8～12m，并使测距目标中心点参考十字线位于玻璃上方墙体的同时，使地面手机控制终端屏幕上的灭火弹下沉量参考十字线对准窗户的中间部位；

步骤8：点击手机工作界面上的灭火弹的解锁按钮，继而点击灭火弹的点火按钮，进行1号灭火弹的发射；将当前灭火弹解锁并点火发射完毕后，确定是否需要继续发射灭火弹；若需要，点击灭火弹的控制信号切换按钮，使手机工作界面上的灭火弹的解锁按钮的控制信号与灭火弹的点火按钮的控制信号分别切换到下一编号灭火弹对应的解锁继电器与点火继电器上，然后再依次点击手机工作界面上的灭火弹的解锁按钮与灭火弹的点火按钮，进行当前灭火弹的点火发射，重复该切换、点击过程，依次发射其余各灭火弹。