CN106602688A - 一种多旋翼植保无人机供电系统及其多旋翼植保无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼植保无人机供电系统及其多旋翼植保无人机。多旋翼植保无人机供电系统包括电源模块、DC‑DC降压模块、一分八的分电板、通道选择模块。无人机主要分为核心模块和若干功能模块。电源模块采用双电源，电源一电性连接一分八的分电板，电源二连接通道选择模块。一分八的分电板是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干功能模块供电，另一方面能为DC‑DC降压模块提供电压输入一，使通道选择模块能在电源二和DC‑DC降压模块之间切换，以对为无人机的核心模块进行选择性供电。本发明主要用于为植保无人机各功能模块提供持续、稳定的电压和电流，确保无人机平稳、安全的飞行作业。

Description

一种多旋翼植保无人机供电系统及其多旋翼植保无人机

技术领域

本发明涉及一种供电系统及采用所述供电系统的无人机，尤其涉及一种多旋翼植保无人机供电系统及采用所述供电系统的多旋翼植保无人机。

背景技术

中国作为农业大国，18亿亩基本农田，每年需要大量的农业植保作业，我国每年农药中毒人数有10万之众，致死率约20％，农药残留和污染造成的病死人数至今尚无官方统计。同时传统的人工喷洒效率低，耗时长，而植保无人机的诞生将彻底颠覆这一传统操作。多旋翼植保无人机具有作业高度低，飘移少，可空中悬停，无需专用起降机场，旋翼产生的向下气流有助于增加雾流对作物的穿透性，防治效果高，远距离遥控操作，喷洒作业人员避免了暴露于农药的危险，提高了喷洒作业安全性等诸多优点。

植保无人机，一般由飞行平台(固定翼、单旋翼、多旋翼)、GPS导航模块、飞行控制器(以下简称：飞控)、WIFI数传模块、喷洒机构、锂电池组、遥控系统等几部分组成(具体可见附图1)，通过地面遥控或GPS飞控，来实现喷洒作业。其中，锂电池组作为整个系统的动力源，直接为旋翼无刷电机提供电源，并通过降压模块为其他部分供电。

植保无人机作为电子设备，自身的供电系统的重要性首当其冲，这一要素直接影响到设备工作时的作业时长，作业效率；供电系统的稳定性，还将直接影响到设备在使用过程中的安全性。

多旋翼植保无人机由于多个模块组成，因此各部分电压需求不相同，系统电压等级较多，锂电池组需要多级降压后才能为他们供电。多级降压一方面会造成电源效率下降，减少无人机飞行作业时间；另一方面会造成系统臃肿，不仅不方便安装，而且增加供电系统不稳定因素。另外，目前大多数多旋翼植保无人机没有考虑供电系统的冗余设计，一旦电路的某个环节出现故障(尤其是飞控电源)，将面临失控和摔机的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多旋翼植保无人机供电系统及采用所述供电系统的多旋翼植保无人机，此供电系统主要用于为植保无人机各功能模块提供持续、稳定的电压和电流，确保无人机平稳、安全的飞行作业。

本发明的解决方案是：一种多旋翼植保无人机供电系统，其包括电源模块、DC-DC降压模块；无人机主要分为核心模块和若干功能模块；其中，所述电源模块采用双电源，所述多旋翼植保无人机供电系统还包括一分八的分电板、通道选择模块；其中，电源一电性连接所述一分八的分电板，电源二连接所述通道选择模块；所述一分八的分电板是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干功能模块供电，另一方面能为所述DC-DC降压模块提供电压输入一，使所述通道选择模块能在所述电源二和所述DC-DC降压模块之间切换，以对为无人机的核心模块进行选择性供电。

作为上述方案的进一步改进，所述多旋翼植保无人机供电系统还包括一分四的分电板；所述DC-DC降压模块为所述一分四的分电板供电，所述一分四的分电板也是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干模块供电，另一方面能为所述通道选择模块提供电压输入二，使所述通道选择模块能在所述电源二和所述一分四的分电板之间切换，以对无人机的核心模块进行选择性供电。

作为上述方案的进一步改进，每个电源均采用锂电池。

作为上述方案的进一步改进，所述电源一与所述一分八的分电板采用若干对防打火香蕉头电性连接。

进一步地，所述防打火香蕉头采用XT90公母接头。

作为上述方案的进一步改进，所述电源二经冗余电源线输入至所述通道选择模块。

作为上述方案的进一步改进，所述DC-DC降压模块包括降压芯片、输入滤波电路、输出滤波电路、输出电压配置电路；所述电压输入一经过所述输入滤波电路后输送至所述降压芯片，所述降压芯片在所述输出电压配置的配置下输出降压后的电压输入一，所述降压后的电压输入一经所述输出滤波电路滤波后输出给后级电路。

进一步地，所述降压芯片采用ISL8216M芯片。

作为上述方案的进一步改进，所述通道选择模块和无人机的核心模块之间配置一个拨动开关，所述拨动开关用于人为控制所述通道选择模块和无人机的核心模块之间电路通断。

本发明还提供一种多旋翼植保无人机，其包括核心模块、若干功能模块、对所述核心模块和所述若干功能模块供电的供电系统；其中，所述供电系统为上述任意一种多旋翼植保无人机供电系统。

本发明的多旋翼植保无人机供电系统，第一方面，采用双电源具备冗余的特性；第二方面，采用具备大电流负载能力的一分八的分电板和一分四的分电板，不仅方便用户灵活选择接口类型和接口数量，而且能优化走线，减少电机接线难度；第三方面，由于一分四的分电板也可以不设置，因此可以根据实际需要对供电系统进行删减，提高供电系统的兼容性；第四方面，高效率DC-DC降压模块的使用，减少了系统电源等级数量，降低系统功耗，更重要的是其与一分四的分电板的有效结合能提高系统兼容性；第五方面，通道选择模块满足冗余设计的要求，提高系统运行的安全性与可靠性。综上所述，本发明的多旋翼植保无人机供电系统具备高效冗余特性。

附图说明

图1是目前植保无人机系统的组成框图。

图2是本发明多旋翼植保无人机供电系统的接线图。

图3是图2中DC-DC降压模块的组成框图。

图4是图3中DC-DC降压模块电路板的实物图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的高效冗余的多旋翼植保无人机供电系统，主要用于为植保无人机各功能模块提供持续、稳定的电压和电流，确保无人机平稳、安全的飞行作业。无人机主要分为核心模块和若干功能模块，核心模块一般指飞行控制器，功能模块一般指喷洒系统、WIFI数传模块、GPS导航模块、LED航灯、遥控系统、旋翼电机、扩展模块等等，因此也可分为飞控及外围模块。飞行控制器包括飞控及外围模块，是整个植保无人机的核心控制单元，在输入电源稳定的情况下，飞控通过接收机解析地面遥控器发出的操作指令，控制旋翼电机转速、喷洒系统开合、及LED航灯状态，并与GPS、WIFI、图传模块通信，进行数据传输。

请参阅图2，本发明的多旋翼植保无人机供电系统主要包括电源模块、DC-DC降压模块、一分八的分电板1、一分四的分电板2、通道选择模块。

所述电源模块采用双电源，电源一电性连接所述一分八的分电板1，电源二连接所述通道选择模块。每个电源均采用锂电池，形成锂电池组(型号可采用2X 6S LiPro)。锂电池组(2X 6S LiPro)为系统提供DC48V的直流电压，锂电池组(2X 6S LiPro：电池一、电池二)通过XT90接头将DC48V电源输入至大电流一分八的分电板1。同时将电池二的DC24V电压经冗余电源线输入至通道选择模块。因此，电源二可经冗余电源线输入至所述通道选择模块。锂电池组通过XT90接头与后级电路相连，分电板1和分电板2也使用不同规格的香蕉头分别与电调、电机，及其他外围模块直接相连，这种连接方式为快速安装、更换部件提供了极大的便利，同时能有效简化布线、走线的复杂度，提高安全性、可靠性。

所述电源一与所述一分八分电板1采用若干对防打火香蕉头电性连接。所述防打火香蕉头可采用XT90公母接头。防打火香蕉头XT90两对，专用防打火香蕉头XT90为锂电与后级电路提供快速拆装的接口。

一分八的分电板1是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干功能模块供电，另一方面能为所述DC-DC降压模块提供电压输入一，使所述通道选择模块能在所述电源二和所述DC-DC降压模块之间切换，以对为无人机的核心模块进行选择性供电。在本实施例中，多旋翼植保无人机供电系统还包括一分四的分电板2。DC-DC降压模块为所述一分四的分电板2供电，所述一分四的分电板2也是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干模块供电，另一方面能为所述通道选择模块提供电压输入二，使所述通道选择模块能在所述电源二和所述一分四的分电板2之间切换，以对无人机的核心模块进行选择性供电。

因此，一分八的分电板1通过相应的XT60接头直接与四旋翼电调相连，为其提供驱动旋翼电机所需的大电流；同时也为后级的DC降压模块提供48V电压输入。一分四的分电板2将降压模块输入的DC24V电压分别接入喷洒系统、WIFI模块、图传模块、以及可能的扩展模块。同时为通道选择模块提供一路电压输入。

请结合图3，DC-DC降压模块具有宽电压输入范围、高转换效率、以及稳定的输出特性，将由分电板1输入的DC48V按照实际需要降压输出为DC24V(DC5V、DC12V、DC24V，硬件可配)，为后级一分四的分电板2供电。DC-DC降压模块包括降压芯片、输入滤波电路、输出滤波电路、输出电压配置电路；所述电压输入一经过所述输入滤波电路后输送至所述降压芯片，所述降压芯片在所述输出电压配置的配置下输出降压后的电压输入一，所述降压后的电压输入一经所述输出滤波电路滤波后输出给后级电路。降压芯片可采用ISL8216M芯片。DC-DC降压模块具有多路并行输出的功能，在分电板2外围部件不多的情况下，外围部件可以直接与降压模块输出端连接，因而省去分电板2。这种设计方式使得使用者能够根据实际需要，对供电系统组成进行删减，提高系统的兼容性。

通道选择模块和无人机的核心模块之间配置一个拨动开关Switch，所述拨动开关Switch用于人为控制所述通道选择模块和无人机的核心模块之间电路通断。DC-DC降压模块、通道选择及模块的可靠性是影响供电系统稳定的重要因素。通道选择模块，用于实现飞控电源输入端的冗余设计，工作于二选一模式。其输入端电压分别来自DC降压模块的DC24V输出及电池二的锂电输入。系统正常工作时优先使用DC降压模块的输出电压，并将电池二作为备用电源。这种冗余设计，使得当降压模块工作异常或电池二的锂电输出不稳时，能够迅速切换到另一路电压，避免因飞控输入电压不正常造成的无人机失控局面。拨动开关Switch用于人为控制飞控电源的通断，在系统调试或需要切断飞控电时，便于操作。

综上所述，图2中的接线图，可以分为七大块进行接线：A、锂电池组(2 X 6SLiPro)；B、防打火香蕉头XT90(2对)；C、大电流一分八的分电板1；D、DC-DC降压模块；E、小电流一分四的分电板2；F、通道选择模块及拨动开关Switch；G、飞控及外围模块。

大电流一分八的分电板1直接与四旋翼电调、电机相连，它的使用能大幅简化电机布线的复杂程度；DC-DC降压模块与小电流一分四的分电板2相连，将锂电提供的动力电源按后级需要降压输出；小电流一分四的分电板2为飞控、喷洒系统、WIFI模块、数传模块及扩展模块提供电力接口；通道选择模块直接与飞控的降压模块相连，飞控及外围模块在稳定的输入电压及地面遥控信号下，共同执行飞行控制任务。

高效冗余的多旋翼植保无人机供电系统。所谓高效是指锂电的利用效率高，损失在模块各部分电源接头及降压模块上的能量少。在本发明中，一方面采用XT90接头B及大电流一分八的分电板、一分四的分电板增大各部分连接头的接触面积，减少热损耗；另一方面，减少降压模块的使用数量至1个，并采用高转换效率的降压芯片，提高能量利用率。所谓冗余是指对飞控模块采用双路电压输入，正常情况下，优先使用其中一路。当其中一路失效时，另一路电压瞬时接通，确保飞控不会因电压输入异常而失控。

本发明的主要创新在于：

1、大电流一分八的分电板1主要功能是为旋翼无刷电机提供足够大的驱动电流，保证电机的平稳运行。同时，能够灵活提供接口类型及数量，便于快速安装、维护，提高系统兼容性。

2、DC-DC降压模块主要功能是对锂电池组提供的DC48V锂电进行适当的降压，为飞控及系统其他部件提供合适的电源输入。DC-DC降压模块(见附图3)采用ISL8216M单芯片解决方案，具有宽电压输入范围(DC:10V-80V)、稳定的输出特性、以及高达93％的转换效率。由于ISL8216M芯片内部集成电感，因此外围电路仅需输入、输出滤波即可，使用简单，尺寸可以做到4cm X 5cm(详见附图4)。该模块输出电压可调，DC24V@4A的输出功率能够满足多数无人机控制系统的需求。

3、通道选择模块主要功能是实现飞控电源冗余设计，两路输入通道分别来自一分四的分电板2和电池二的锂电。本文所述发明，设定系统正常时，优先使用前者，当其中一路故障时，无缝切换到另一路上，保证飞控电源稳定。

4.冗余设计的目的是在旋翼电机运行正常的情况下，即便供电系统出现异常问题，也能最大限度的保持飞控正常运行，争取迫降时间。

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 (10)

1.一种多旋翼植保无人机供电系统，其包括电源模块、DC-DC降压模块；无人机主要分为核心模块和若干功能模块；其特征在于：所述电源模块采用双电源，所述多旋翼植保无人机供电系统还包括一分八的分电板、通道选择模块；其中，电源一电性连接所述一分八的分电板，电源二连接所述通道选择模块；所述一分八的分电板是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干功能模块供电，另一方面能为所述DC-DC降压模块提供电压输入一，使所述通道选择模块能在所述电源二和所述DC-DC降压模块之间切换，以对为无人机的核心模块进行选择性供电。

2.如权利要求1所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述多旋翼植保无人机供电系统还包括一分四的分电板；所述DC-DC降压模块为所述一分四的分电板供电，所述一分四的分电板也是一进多出的环形导体结构，一方面能为无人机的若干模块供电，另一方面能为所述通道选择模块提供电压输入二，使所述通道选择模块能在所述电源二和所述一分四的分电板之间切换，以对无人机的核心模块进行选择性供电。

3.如权利要求1所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：每个电源均采用锂电池。

4.如权利要求1所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述电源一与所述一分八的分电板采用若干对防打火香蕉头电性连接。

5.如权利要求4所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述防打火香蕉头采用XT90公母接头。

6.如权利要求1所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述电源二经冗余电源线输入至所述通道选择模块。

7.如权利要求1所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述DC-DC降压模块包括降压芯片、输入滤波电路、输出滤波电路、输出电压配置电路；所述电压输入一经过所述输入滤波电路后输送至所述降压芯片，所述降压芯片在所述输出电压配置的配置下输出降压后的电压输入一，所述降压后的电压输入一经所述输出滤波电路滤波后输出给后级电路。

8.如权利要求7所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述降压芯片采用ISL8216M芯片。

9.如权利要求1所述的多旋翼植保无人机供电系统，其特征在于：所述通道选择模块和无人机的核心模块之间配置一个拨动开关，所述拨动开关用于人为控制所述通道选择模块和无人机的核心模块之间电路通断。

10.一种多旋翼植保无人机，其包括核心模块、若干功能模块、对所述核心模块和所述若干功能模块供电的供电系统；其特征在于：所述供电系统为如权利要求1至9中任意一项所述的多旋翼植保无人机供电系统。