CN106301114A - 一种无人飞行器上的运输抛投控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人飞行器领域，具体是一种控制运输物被固定和释放的机构，可以通过遥控器控制无人机自动抛投。其包括接收来自遥控器的信号的接收机，接收机连接有驱动控制器，其特征在于：所述的驱动控制器包括主控制芯片，主控制芯片接收来自接收机发出的反馈信号并发出相应的控制信号；电机驱动芯片，电机驱动芯片与主控制芯片连接，电机驱动芯片控制推力步进电机的工作，还包括电源模块，电源模块为主控制芯片和电机驱动芯片供电。本发明与飞行控制器脱离，采用可充电锂电池独立供电，由地面遥控器直接控制，提升了无人机系统的可靠性，兼容性，实时性。该抛投器控制器体型小巧，结构简单。
Description
技术领域
本发明属于无人飞行器领域，具体是一种控制运输物被固定和释放的机构，可以通过遥控器控制无人机自动抛投。
背景技术
随着我国无人航空器的发展不断加快，无人航空器的应用范围不断变大，其功能也变得越来越强大，无人机系统集成程度也越来越高，传统的空投机构往往包含着复杂的控制机构，冗余的功能，造成了投放机构体积过大，安装不便，而且由于平台的差异化，造成了抛投机构间接口无法或者难以实现系统兼容，因此如何研发一种体积小巧，控制简单，集成方便，兼容性强的抛投控制器成为了解决这一问题的一种新思路和方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，设计了一种飞行棋运输抛投控制器以及控制方法。
本发明的技术方案如下：
一种无人飞行器上的运输抛投控制器，包括接收来自遥控器的信号的接收机，接收机连接有驱动控制器，其特征在于：所述的驱动控制器包括主控制芯片，主控制芯片接收来自接收机发出的反馈信号并发出相应的控制信号；电机驱动芯片，电机驱动芯片与主控制芯片连接，电机驱动芯片控制推力步进电机的工作，还包括电源模块，电源模块为主控制芯片和电机驱动芯片供电。
进一步的，在接收机和主控制芯片之间还设置有接口电路，接口电路实现了接收机和主控制芯片之间的隔离，并对接收机发出的反馈信号进行处理。
进一步的，所述的电源模块包括电源，电源连接有电源转换模块，电源转换模块与主控制芯片和电机驱动芯片连接，所述的电源也与电机驱动芯片连接。
进一步的，所述的主控制芯片还连接有状态指示电路。
进一步的，所述的接口电路包括光耦以及限流电阻，接收机接收到遥控器发出的遥控信号，输出PWM波形，通过光耦进行隔离，当光耦导通时，光耦第4个引脚输出低电平，当光耦截止时，其第4个引脚输出高电平。
所述的电机驱动芯片包括电机驱动芯片，限流电阻R5，R6，R7，R8。控制芯片通过EN1，EN2引脚控制电机驱动芯片，4个驱动器的使能与非使能。
用于控制权利要求1-7所述的无人飞行器的运输抛投控制器的控制方法，其特征在于：
A、接收机根据遥控器的信号，接收机输出脉宽调制信号，
B、接口电路对接收机的脉宽调制信号进行处理，
C、主控制芯片对接口电路处理后的信号进行监测，监测信号的周期和信号的高电平的持续时间，通过状态改变算法对信号进行判断，如果状态没有改变，主控制芯片重新采集接口电路处理后的信号，否则，系统进入保护模式，开始状态匹配，匹配发生在最近一次低电平持续时间和本次电平持续时间之间；
D、如果匹配值相差超过设定阀值，则认定为状态发生变化，然后电机驱动电机工作，驱动推力步进电机工作，进行抛物，抛物结束后退出保护模式，如果匹配值相差不超过设定阀值，则状态没有变化，则退出保护模式。
附图说明
图1为本发明的组成结构框图；
图2为本发明的工作原理框图；
图3为本发明控制芯片的原理图；
图4为本发明电机控制电路原理图；
图5为本发明接口电路原理图；
图6为本发明电源转换电路原理图；
图7为本发明运行状态指示原理图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1所示的一种无人飞行器上的运输抛投控制器，包括接收来自遥控器的信号的接收机，根据遥控器的遥控通道，相应通道输出脉宽长度变化的方波，接收机连接有驱动控制器，其特征在于：所述的驱动控制器包括主控制芯片，主控制芯片接收来自接收机发出的反馈信号并发出相应的控制信号；电机驱动芯片，电机驱动芯片与主控制芯片连接，电机驱动芯片控制推力步进电机的工作，还包括电源模块，电源模块为主控制芯片和电机驱动芯片供电，本发明采用12V，3000mAh锂电池作为电源模块供电，12V电源直接驱动大推力步进电机，并且12V电源经过电源转换电路输出5V，给主控制器以及电机驱动芯片供电。
进一步的，在接收机和主控制芯片之间还设置有接口电路，接口电路实现了接收机和主控制芯片之间的隔离，并对接收机发出的反馈信号进行处理，进行的处理包括反向，电平转换，去噪等处理。
进一步的，所述的电源模块包括电源，电源连接有电源转换模块，电源转换模块与主控制芯片和电机驱动芯片连接，所述的电源也与电机驱动芯片连接，如图6所示，电源转换电路主要由开关型稳压集成模块25组成，该模块采用德州仪器(TI)的LM2596。把直流12V转换为直流5V，给主控制器以及电机驱动芯片供电。
进一步的，所述的主控制芯片还连接有状态指示电路；如图7所示，整个控制电路还包括一个状态指示电路，LED1指示电源接通转态，LED1灯亮，表示控制板已上电。LED2，LED3，指示主控制器工作状态，LED2灯亮，表示控制器已上电完成自检，接收机有输出。LED3灯亮，表示遥控器有动作，接收机状态改变。
进一步的，如图5所示，所述的接口电路包括光耦以及限流电阻，接收机接收到遥控器发出的遥控信号，输出PWM波形，通过光耦进行隔离，当光耦导通时，光耦第4个引脚输出低电平，当光耦截止时，其第4个引脚输出高电平，接口电路由光耦30构成光电隔离电路，负责无人机接收机输出信号的采集处理，接收机由无人机供电，输出信号频率高，幅值低。接收机J3接口1引脚输出高电平时，光耦30输出导通，引脚4输出低电平，反之，接收机J3接口1引脚输出低电平时，光耦30输出截止，引脚4输出高电平。引脚4电平的变化将由主控制器芯片输入捕捉引脚获取。
所述的电机驱动芯片包括电机驱动芯片，限流电阻R5，R6，R7，R8。控制芯片通过EN1，EN2引脚控制电机驱动芯片，4个驱动器的使能与非使能。
如图2所示，用于控制权利要求1-7所述的无人飞行器的运输抛投控制器的控制方法，其特征在于：
A、接收机根据遥控器的信号，接收机输出脉宽调制信号，
B、接口电路对接收机的脉宽调制信号进行处理，
C、主控制芯片对接口电路处理后的信号进行监测，监测信号的周期和信号的高电平的持续时间，通过状态改变算法对信号进行判断，如果状态没有改变，主控制芯片重新采集接口电路处理后的信号，否则，系统进入保护模式，开始状态匹配，匹配发生在最近一次低电平持续时间和本次电平持续时间之间；
D、如果匹配值相差超过设定阀值，则认定为状态发生变化，然后电机驱动电机工作，驱动推力步进电机工作，进行抛物，抛物结束后退出保护模式，如果匹配值相差不超过设定阀值，则状态没有变化，则退出保护模式。
本发明采用内部定时器的输入捕捉功能，获取方波信号的周期，以及高电平持续时间，两者之差为低电平持续时间，在通过状态改变算法，判断接收机状态是否发生改变。如果没有变化，系统会重新采集方波信号，否则系统将进入保护模式，在此模式下，定时器关闭，开始状态匹配，匹配发生在最近一次低电平持续时间和本次电平持续时间之间，如果匹配值相差超过设定阈值，就可以认为状态发生变化，能够驱动电机动作，如果不超过设定阈值，判定状态没有变化。匹配完成以后，将退出保护模式，重新打开定时器，进入下一轮低电平持续时间的获取。在整个主控板工作过程中，定时器并不是一直处于开启状态，为了确保定时器计数的准确性和提高程序运行效率，低电平的时间获取每隔1S进行一次。
如图3所示，主控制器芯片32采用意法半导体有限公司生产的STM8S103F3P微控制器，该芯片具有2.95～5.5V宽供电电压，灵活的时钟控制，具有4个主时钟源，由用户按实际情况选择；高级STM8内核，具有3级流水线的哈佛结构，具有电源管理功能：外设时钟可单独关闭，低功耗模式。丰富的功能模块，可以满足本控制系统对微控制器外设接口的需求。其外围电路包括上电复位以及按键复位电路33，在线编程和非侵入式调试接口34。
如图4所示，控制器芯片通过引脚EN1，EN2，使能电机驱动芯片31的4个驱动通道，通过IN1，IN2，IN3，IN4，驱动大推力歩进电机。电机驱动芯片31的输出引脚OUT1，OUT2，OUT3，OUT4，与大推力歩进电机接口相连。
本发明与现有技术相比所具有的优点在于：现有无人机抛投器，高度依赖于飞行控器，由飞行控制器控制，虽然系统集成度高，但是其实时性，兼容性差，本发明与飞行控制器脱离，采用可充电锂电池独立供电，由地面遥控器直接控制，提升了无人机系统的可靠性，兼容性，实时性。该抛投器控制器体型小巧，结构简单，可以很方便的应用于操控简单，安装方便，对重量，尺寸有要求的飞行器上。
Claims (7)
1.一种无人飞行器上的运输抛投控制器，包括接收来自遥控器的信号的接收机，接收机连接有驱动控制器，其特征在于：所述的驱动控制器包括主控制芯片，主控制芯片接收来自接收机发出的反馈信号并发出相应的控制信号；电机驱动芯片，电机驱动芯片与主控制芯片连接，电机驱动芯片控制推力步进电机的工作，还包括电源模块，电源模块为主控制芯片和电机驱动芯片供电。
2.根据权利要求1所述的一种无人飞行器上的运输抛投控制器，其特征在于：在接收机和主控制芯片之间还设置有接口电路，接口电路实现了接收机和主控制芯片之间的隔离，并对接收机发出的反馈信号进行处理。
3.根据权利要求1所述的一种无人飞行器上的运输抛投控制器，其特征在于：所述的电源模块包括电源，电源连接有电源转换模块，电源转换模块与主控制芯片和电机驱动芯片连接，所述的电源也与电机驱动芯片连接。
4.根据权利要求1所述的一种无人飞行器上的运输抛投控制器，其特征在于：所述的主控制芯片还连接有状态指示电路。
5.根据权利要求1所述的一种无人飞行器上的运输抛投控制器，其特征在于：所述的接口电路包括光耦(30)以及限流电阻(R3，R4)，接收机接收到遥控器发出的遥控信号，输出PWM波形，通过光耦(30)进行隔离，当光耦(30)导通时，光耦(30)第4个引脚输出低电平，当光耦(30)截止时，其第4个引脚输出高电平。
6.根据权利要求1所述的一种无人飞行器上的运输抛投控制器，其特征在于：所述的电机驱动芯片包括电机驱动芯片(31)，限流电阻R5，R6，R7，R8。控制芯片通过EN1，EN2引脚控制电机驱动芯片，4个驱动器的使能与非使能。
7.用于控制权利要求1-7所述的无人飞行器的运输抛投控制器的控制方法，其特征在于：
A、接收机根据遥控器的信号，接收机输出脉宽调制信号，
B、接口电路对接收机的脉宽调制信号进行处理，
C、主控制芯片对接口电路处理后的信号进行监测，监测信号的周期和信号的高电平的持续时间，通过状态改变算法对信号进行判断，如果状态没有改变，主控制芯片重新采集接口电路处理后的信号，否则，系统进入保护模式，开始状态匹配，匹配发生在最近一次低电平持续时间和本次电平持续时间之间；
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