CN107918291B - 一种用于光伏板检测的模拟无人机装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光伏板检测的模拟无人机装置及方法。该装置包括太阳能光伏面板和设置于太阳能光伏面板上方的三维驱动装置，包括沿X轴方向设置于太阳能光伏面板上方的第一丝杠以及第一伺服电机，第一丝杠上设置有第一滑块，第一滑块上设置有沿Y轴方向的第二丝杠以及第二伺服电机，第二丝杠上设置有第二滑块，第二滑块通过第一托板连接至沿Z轴方向设置的第三丝杠以及第三伺服电机，第三丝杠上设置有第二托板，第二托板上设置有传感器组件。本发明不受实地太阳能光伏板铺设的影响，通过实验室模拟无人机，将传感器检测太阳能光伏板技术开发后用于实际无人机装置，缩短软件开发周期，克服实地开发过程中的客观困难，提高开发过程的效率。

Description

一种用于光伏板检测的模拟无人机装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于光伏板检测的模拟无人机装置及方法，主要涉及在实验室内采用各种传感器模拟无人机检测、传感器的机械装置的实现，各种传感器针对太阳能光伏板检测的原理分析以及方法。

背景技术

近年来，新能源的使用推动了光伏电站太阳能光伏板的应用和逐渐推广，但是随着光伏板工作时间的延长，光伏板的老化、发热故障、缺陷等问题都给光伏电站的运维带来了严峻的挑战。传统太阳能光伏板检测采用人工巡检，效率低、工作量大、成本高、安全隐患大，长期采用此种方式不具有可行性。

用无人机搭载可见光、红外热成像和温度传感器，对光伏电站太阳能板进行检测，可以无需人工干预即可实现全自动巡查作业，省去人工登顶的复杂过程，获得更全面的视角和检测照片。与传统工作人员巡检相比，不仅可大幅削减人工费用，并且大幅度降低了由于人员疲劳所致的检测遗漏，提高检测效率。

由于太阳能光伏板安装位置高，不便调试；户外不能保持恒定的太阳光照射，外部环境如风、树阴遮挡等对无人机检测的影响；电源电池的原因难长时间连续实现检测调试；人工操作的原因，难以保持稳定的三维方向检测。因此，直接采用无人机户外调试检测太阳能板的方法不具备可行性。

发明内容

本发明的目的：提供一种无人机光伏电站检测的实验室移植装置和方法。通过搭建机械平台，利用伺服电机、CCD工业相机、红外热成像仪、温度传感器，借助计算机软件实现三维方向搭载上述传感器的平台动态模拟无人机运动，在模拟平台下方搭建光伏板实现检测。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种用于光伏板检测的模拟无人机装置，包括太阳能光伏面板和设置于太阳能光伏面板上方的三维驱动装置，所述三维驱动装置包括X轴驱动模块、Y轴驱动模块、Z轴驱动模块，所述X轴驱动模块包括沿X轴方向设置于太阳能光伏面板上方的第一丝杠以及用于驱动第一丝杠的第一伺服电机，第一丝杠上设置有第一滑块，第一滑块上设置有沿Y轴方向的第二丝杠以及用于驱动第二丝杠的第二伺服电机，第二丝杠上设置有第二滑块，第二滑块通过第一托板连接至沿Z轴方向设置的第三丝杠以及用于驱动第三丝杠的第三伺服电机，第三丝杠上设置有第二托板，第二托板上设置有传感器组件。

进一步，所述传感器组件包括设置于托板上的CCD工业相机传感器、温度传感器和红外热成像传感器，以及固定于托板下方的温度传感器。

进一步，所述第一丝杠通过矩形支架沿X轴方向设置于太阳能光伏面板上方，第一伺服电机固定于第一丝杠的端部，第一伺服电机控制第一丝杠转动，第一滑块随第一丝杠的转动沿X轴方运动。

进一步，所述Y轴驱动模块包括第二支撑座，第二支撑座的两端固定于第一滑块上，第二伺服电机固定于第二支撑座的端部，第二伺服电机控制第二丝杠转动，第二滑块随第二丝杠的转动沿Y轴方运动。

进一步，所述Z轴驱动模块包括两个第三支撑座，所述第一托板的中部固定于第二滑块上，第三支撑座的上端与第一托板的的端部固定连接，第三支撑座的下端与太阳能光伏面板固定连接，第三伺服电机固定于第三支撑座的上端，第二托板的两端与第三丝杠配合连接，第三伺服电机控制第三丝杠转动，第二托板随第三丝杠的转动沿Z轴方运动。

本发明还提供一种用于光伏板检测的模拟无人机方法，包括如下步骤：

步骤1：设置如权利要求1至5中任意一项所述的装置；

步骤2：模拟无人机装置与计算机连接；

太阳能光伏板引出导线连接至控制器，控制器与计算机主机箱连接，由计算机软件输送命令给控制器，或者输送直流电流于直流灯，或者输出至蓄电池储存电能，或者控制太阳能光伏板的不同工作状态；装置中所有伺服电机经导线连接至电机控制器，控制器经导线连接至计算机主机箱，计算机软件输送命令给控制器，实现模拟无人机装置在X、Y、Z轴方向的运动；

步骤3：实施模拟无人机装置的模拟方法，包括如下步骤：

步骤3.1：模拟光伏板阵列中某块光伏板工作过热故障或未工作等异常情况；

步骤3.2：无人机模拟装置的X轴方向移动，水平方向定位异常情况的光伏板；

步骤3.3：无人机模拟装置的Y轴方向移动，纵深方向定位异常情况的光伏板；

步骤3.4：无人机模拟装置的Z轴方向移动，垂直方向定位异常情况的光伏板；

步骤3.5：利用两个温度传感器检测温度的差值判断太阳能光伏板工作状态；

步骤3.6：利用红外热成像传感器判断太阳能光伏板工作状态；

步骤3.7：利用CCD工业相机传感器判断太阳能光伏板表面是否有缺陷。

进一步，所述步骤3.5，温度传感器用于测量距离太阳能光伏板距离较远处的外界环境温度，温度传感器用于测量距离太阳能光伏板距离较近处的太阳能光伏板温度；计算两个温度传感器检测温度的差值D，计算机根据经验值得到太阳能光伏板未工作时的阈值T1以及过热时的阈值T2，若T1<D<T2，则判断该太阳能光伏板正常工作，若D<T1，则判断该太阳能光伏板为未工作状态，若D>T2，则判断该太阳能光伏板为过热状态。

进一步，所述步骤3.2，计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机串口控制两个伺服电机同时转动，伺服电机控制丝杠和丝杠上方的滑块滑动，滑块上方的伺服电机及支撑座在X轴方向移动，将模拟无人机的传感器移至异常情况的光伏板上方；

进一步，所述步骤3.3，计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机串口控制伺服电机及支撑座中伺服电机转动，伺服电机控制丝杠和丝杠上方的托板在Y轴方向滑动，将模拟无人机的传感器移至异常情况的光伏板上方；

进一步，所述步骤3.4，计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机串口控制两个伺服电机及支撑座中的伺服电机转动，伺服电机控制丝杠和固定在丝杠上的托板在Z轴方向滑动，将模拟无人机的传感器移至异常情况光伏板上方的合适高度，该高度使得温度传感器靠近异常情况的光伏板正上方，但是不接触光伏板；结合步骤3.2-3.3，模拟无人机的传感器位于异常情况的光伏板正上方。

本发明的优点：本发明可以不受实地太阳能光伏板铺设的影响，通过实验室模拟无人机，将CCD工业相机传感器、红外热成像传感器和温度传感器检测太阳能光伏板技术开发后用于实际无人机装置，可以缩短软件开发周期，克服实地开发过程中的客观困难，提高开发过程的效率。

附图说明

图1是现有太阳能光伏板检测用无人机装置的结构示意图；

图2是本发明用于光伏板检测的模拟无人机装置的结构示意图；

图3是本发明模拟无人机装置与计算机连接示意图；

图4是本发明的模拟无人机传感器位于异常情况的光伏板正上方示意图；

图5是本发明用于光伏板检测的模拟无人机方法流程图。

图中：1、螺旋桨；2、机身；3、CCD工业相机传感器；4、第一温度传感器；5、第二温度传感器；6、托板；7、红外热成像传感器；8、连接线；9、太阳能光伏板；10、支架；11、垂直支架；12、第一丝杠；13、第二支撑杆；14、第一支撑座；15、滑块；16、第一伺服电机；17、第二支撑座；18、圆柱形滑块；19、支撑托板；20、第二丝杠；21、第三丝杠；22、直流灯；23、控制器；24、蓄电池；25、计算机主机箱；26、电机控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

步骤1：现有太阳能光伏板检测用无人机装置

图1中，无人机机身2的上方设置有螺旋桨1，无人机下方的托板6上固定CCD工业相机传感器3、第一温度传感器4和红外热成像传感器7，在托板下方的连接线8上固定第二温度传感器5。其中托板上的温度传感器用来测量外界环境温度，托板下方的温度传感器6用来测量太阳能光伏板表面温度。

图1中装置适用于室外太阳能光伏板状态检测，但是不适用于实验室内调试太阳能光伏板状态检测过程，为此通过步骤2搭建实验室机构模拟无人机实现太阳能光伏板检测。

步骤2：安装太阳能光伏板检测用无人机模拟装置

选用多块太阳能光伏板9如图2所示安装，在太阳能光伏板阵列四个角安装四根垂直支架11和支架10。在较长的两根垂直支架间分别安装两根伺服电机的第一丝杠12并连接第一伺服电机16，两个伺服电机同时转动控制丝杠转动。两根丝杠外侧由两个圆柱形滑块18嵌套，圆柱形滑块在丝杠转动时被带动，并在太阳能光伏板左右两侧做水平X轴方向运动。

在两个圆柱形滑块上方为伺服电机及第二支撑座17，第二支撑座17通过第二支撑杆13连接，在伺服电机及支撑座的第二丝杠20上方为滑块15，滑块在伺服电机控制下做Y轴方向运动。

在滑块上方为支撑托板19，托板的两侧为两个伺服电机及第一支撑座14，伺服电机及支撑座下方的两个第三丝杠21端固定托板6，托板在伺服电机控制下做Z轴方向运动。托板上固定CCD工业相机传感器3、第一温度传感器4和红外热成像传感器7，在托板下方的连接线8上固定第二温度传感器5。

步骤3：无人机模拟装置与计算机的连接

太阳能光伏板引出导线连接至控制器23，控制器与计算机主机箱25连接，由计算机软件输送命令给控制器，或者输送直流电流于直流灯22，或者输出至蓄电池24储存电能，或者控制太阳能光伏板的不同工作状态。

装置中所有伺服电机经导线连接至电机控制器26，控制器经导线连接至计算机主机箱，计算机软件输送命令给控制器，实现模拟无人机装置在X、Y、Z轴方向的运动。

步骤4：无人机模拟装置的检测过程

按照步骤2-4安装无人机模拟光伏板检测装置。

步骤4.1模拟光伏板阵列中某块光伏板工作过热故障或未工作等异常情况。

步骤4.2无人机模拟装置的X轴方向移动，水平方向定位异常情况的光伏板。

计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机25串口控制两个第一伺服电机16同时转动，伺服电机控制第一丝杠12和丝杠上方的圆柱形滑块18滑动，滑块上方的伺服电机及第二支撑座17在X轴方向移动，将模拟无人机的传感器移至异常情况的光伏板上方。

步骤4.3无人机模拟装置的Y轴方向移动，纵深方向定位异常情况的光伏板。

计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机25串口控制伺服电机及第二支撑座17中伺服电机转动，伺服电机控制第二丝杠20和丝杠上方的支撑托板19在Y轴方向滑动，将模拟无人机的传感器移至异常情况的光伏板上方。

步骤4.4无人机模拟装置的Z轴方向移动，垂直方向定位异常情况的光伏板。

计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机25串口控制两个伺服电机及第一支撑座14中的伺服电机转动，伺服电机控制第三丝杠21和固定在丝杠上的托板9在Z轴方向滑动，将模拟无人机的传感器移至异常情况光伏板上方的合适高度。该高度使得第二温度传感器5靠近异常情况的光伏板正上方，但是不能接触光伏板。结合步骤4.2-4.3，模拟无人机的传感器位于异常情况的光伏板正上方，如图4。

步骤4.5利用两个温度传感器检测温度的差值判断太阳能光伏板工作状态。

第一温度传感器4用于测量距离太阳能光伏板距离较远处的外界环境温度，第二温度传感器5用于测量距离太阳能光伏板距离较近处的太阳能光伏板温度。计算两个温度传感器检测温度的差值D，计算机根据经验值得到太阳能光伏板未工作时的阈值T1以及过热时的阈值T2，若T1<D<T2，则判断该太阳能光伏板正常工作，若D<T1，则判断该太阳能光伏板为未工作状态，若D>T2，则判断该太阳能光伏板为过热状态。

步骤4.6利用红外热成像传感器7判断太阳能光伏板工作状态。

步骤4.7利用CCD工业相机传感器3判断太阳能光伏板表面是否有缺陷。

上述检测过程如图5所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于光伏板检测的模拟无人机方法，包括如下步骤：

步骤1：设置一种用于光伏板检测的模拟无人机装置，包括太阳能光伏面板和设置于太阳能光伏面板上方的三维驱动装置，所述三维驱动装置包括X轴驱动模块、Y轴驱动模块、Z轴驱动模块，所述X轴驱动模块包括沿X轴方向设置于太阳能光伏面板上方的第一丝杠以及用于驱动第一丝杠的第一伺服电机，第一丝杠上设置有第一滑块，第一滑块上设置有沿Y轴方向的第二丝杠以及用于驱动第二丝杠的第二伺服电机，第二丝杠上设置有第二滑块，第二滑块通过第一托板连接至沿Z轴方向设置的第三丝杠以及用于驱动第三丝杠的第三伺服电机，第三丝杠上设置有第二托板，第二托板上固定有CCD工业相机传感器、第一温度传感器和红外热成像传感器，第二托板下方通过连接线连接有第二温度传感器；所述第一丝杠通过矩形支架沿X轴方向设置于太阳能光伏面板上方，第一伺服电机固定于第一丝杠的端部，第一伺服电机控制第一丝杠转动，第一滑块随第一丝杠的转动沿X轴方运动；

所述Y轴驱动模块包括第二支撑座，第二支撑座的两端固定于第一滑块上，第二伺服电机固定于第二支撑座的端部，第二伺服电机控制第二丝杠转动，第二滑块随第二丝杠的转动沿Y轴方运动；

所述Z轴驱动模块包括两个第三支撑座，所述第一托板的中部固定于第二滑块上，第三支撑座的上端与第一托板的的端部固定连接，第三支撑座的下端与太阳能光伏面板固定连接，第三伺服电机固定于第三支撑座的上端，第二托板的两端与第三丝杠配合连接，第三伺服电机控制第三丝杠转动，第二托板随第三丝杠的转动沿Z轴方运动；

步骤2：模拟无人机装置与计算机连接；

太阳能光伏板引出导线连接至控制器，控制器与计算机主机箱连接，由计算机软件输送命令给控制器，或者输送直流电流于直流灯，或者输出至蓄电池储存电能，或者控制太阳能光伏板的不同工作状态；装置中所有伺服电机经导线连接至电机控制器，控制器经导线连接至计算机主机箱，计算机软件输送命令给控制器，实现模拟无人机装置在X、Y、Z轴方向的运动；

步骤3：实施模拟无人机装置的模拟方法，包括如下步骤：

步骤3.1：模拟光伏板阵列中某块光伏板工作过热故障或未工作异常情况；

步骤3.2：无人机模拟装置的X轴方向移动，水平方向定位异常情况的光伏板；

计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机串口控制两个伺服电机同时转动，伺服电机控制丝杠和丝杠上方的滑块滑动，滑块上方的伺服电机及支撑座在X轴方向移动，将模拟无人机的传感器移至异常情况的光伏板上方；

步骤3.3：无人机模拟装置的Y轴方向移动，纵深方向定位异常情况的光伏板；

计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机串口控制伺服电机及支撑座中伺服电机转动，伺服电机控制丝杠和丝杠上方的托板在Y轴方向滑动，将模拟无人机的传感器移至异常情况的光伏板上方；

步骤3.4：无人机模拟装置的Z轴方向移动，垂直方向定位异常情况的光伏板；

计算机软件中CCD工业相机传感器获取太阳能光伏板的视频图像，计算机软件发出指令，经过主机串口控制两个伺服电机及支撑座中的伺服电机转动，伺服电机控制丝杠和固定在丝杠上的托板在Z轴方向滑动，将模拟无人机的传感器移至异常情况光伏板上方的合适高度，该高度使得温度传感器靠近异常情况的光伏板正上方，但是不接触光伏板；结合步骤3.2-3.3，模拟无人机的传感器位于异常情况的光伏板正上方；

步骤3.5：利用两个温度传感器检测温度的差值判断太阳能光伏板工作状态；

第一温度传感器用于测量距离太阳能光伏板距离较远处的外界环境温度，第二温度传感器用于测量距离太阳能光伏板距离较近处的太阳能光伏板温度；计算两个温度传感器检测温度的差值D，计算机根据经验值得到太阳能光伏板未工作时的阈值T1以及过热时的阈值T2，若T1<D<T2，则判断该太阳能光伏板正常工作，若D<T1，则判断该太阳能光伏板为未工作状态，若D>T2，则判断该太阳能光伏板为过热状态；

步骤3.6：利用红外热成像传感器判断太阳能光伏板工作状态；

步骤3.7：利用CCD工业相机传感器判断太阳能光伏板表面是否有缺陷。

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