CN108414948A - 一种用于无人机的电源监测系统和无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于无人机的电源监测系统，其包括电池、电压转换电路、主控制器、电池电压监测电路和主控制器电压监测电路，所述电池通过所述电压转换电路为所述主控制器供电，所述电池电压监测电路用于对所述电池的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，所述主控制器电压监测电路用于对所述电压转换电路输出给所述主控制器的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器。本发明的用于无人机的电源监测系统具有安全系数高的优点。本发明还提供一种采用上述电源监测系统的无人机。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种用于无人机的电源监测系统和无人机。
背景技术
无人机应用上对供电电源的稳定性要求很高，目前都是采用多节锂电池串联的方式给无人机供电。在飞行的过程中，主控制器需要实时监测电源部分的工作状态来提高系统的可靠性及稳定性。
在现有技术的无人机供电系统中，通常是设置一路电压监测电路对电源部分的工作状态进行监测，以提高来提高系统的可靠性及稳定性，从而保证飞行的安全。然而，仅仅采用一路电压监测电路对电源部分的工作状态进行监测，如果这一路电压监测电路发生故障不能有效的监测到电源的工作状态，则不能保证电源的可靠性及稳定性，将可能导致飞行安全事故发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于无人机的电源监测系统，其可以有效的监测电源的工作状态。
本发明还提供一种采用上述电源监测系统的无人机。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于无人机的电源监测系统，其包括电池、电压转换电路、主控制器、电池电压监测电路和主控制器电压监测电路，所述电池通过所述电压转换电路为所述主控制器供电，所述电池电压监测电路用于对所述电池的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，所述主控制器电压监测电路用于对所述电压转换电路输出给所述主控制器的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器。
进一步地，所述用于无人机的电源监测系统还包括缓启动电路，所述缓启动电路设置于所述电池和所述电压转换电路之间。
进一步地，所述缓启动电路包括电阻R6、R7、R8、R9、电容C3、C4、稳压二极管Z1和MOS管Q1，MOS管Q1的栅极通过串联的电阻R6、R7接地，电阻R8和电容C4串联于电阻R6、R7的连接点和MOS管Q1的漏极之间，电容C3、电阻R9和稳压二极管Z1并联于电阻R6、R7的连接点和MOS管Q1的源极之间。
进一步地，所述电池电压监测电路包括电压采样电路、参考电路和比较电路，所述电压采样电路用于对电池的输出电压VBATT_IN进行采样得到采样电压Vin_raw，所述参考电路用于提供设定的参考电压V_ref，所述比较电路用于将所述采样电压Vin_raw与所述参考电压V_ref进行比较，并将比较结果输出给所述主控制器。
进一步地，所述电压采样电路包括依次串联于所述电池的电压输出端和地线之间的电阻R1、R2、R3，从电阻R2和R3之间的连接点输出采样电压Vin_raw。
进一步地，所述电压采样电路还包括与电阻R3并联的电容C1。
进一步地，所述参考电路包括依次串联于所述缓启动电路的电压输出端VIN和地线之间电阻R4、R5和稳压二极管Z2，从电阻R5和稳压二极管Z2的连接点输出所述参考电路提供的参考电压V_ref。
进一步地，所述比较电路包括电阻R10、R11、运算放大器U1和光耦U2，运算放大器U1的正相输入端通过电阻R11与运算放大器U1的反相输入端相连接，运算放大器U1的正相输入端通过电阻R10接参考电压V_ref，运算放大器U1的反相输入端接电压采样VIN_raw，运算放大器U1的输出端输出比较结果，并通过光耦U2将比较结果转换为比较信号PGOOD#传递到所述主控制器。
进一步地，所述主控制器电压监测电路包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、电容C21、C22、稳压二极管Z21、Z22和MOS管Q21、Q22，MOS管Q21的栅极分别通过电阻接地R24和通过电阻R22与主控制器的高电平EN_V_VCC输出引脚相连接，MOS管Q21的漏极接地，MOS管Q21的源极通过电阻R1分别与MOS管Q22的栅极、稳压二极管Z21的正极和电阻R23的一端相连接，MOS管Q22的源极分别与所述电压转换电路的输出电压VCC_12V、稳压二极管Z21的负极和电阻R23的一另端相连接，MOS管Q22的漏极通过电容C22接地，MOS管Q22的漏极还通过串联的电阻R25、R26接地，电容C22和稳压二极管Z22与电阻R26并联。
本发明还提供了一种用于无人机，其采用上述用于无人机的电源监测系统。
与现有技术相比较，本发明的用于无人机的电源监测系统包括电池电压监测电路和主控制器电压监测电路，所述电池通过所述电压转换电路为所述主控制器供电，所述电池电压监测电路用于对所述电池的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，所述主控制器电压监测电路用于对所述电压转换电路输出给所述主控制器的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，从而达到在不增加大量元器件的前提下，对主控制器的整个供电链路设置两道监测防线，达到实时监测的目的，提高了无人机飞行的安全性。
附图说明
图1为本发明的用于无人机的电源监测系统的结构示意图。
图2为图1中的缓启动电路和电池电压监测电路的电路图。
图3为图1中的主控制器电压监测电路的电路图。
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。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种用于无人机的电源监测系统，其包括电池1、缓启动电路2、电压转换电路3、主控制器4、电池电压监测电路5和主控制器电压监测电路6。所述电池1用于为无人机提供电能。所述电压转换电路3用于将所述电池1提供的电压转换为所述主控制器4的供电电压，从而为所述主控制器4供电。所述电池电压监测电路5用于对所述电池1的输出电压VBATT_IN进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器4。所述主控制器电压监测电路6用于对所述电压转换电路输出给所述主控制器4的电压VCC_12V进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器4。
需要说明的是，所述缓启动电路2用于为所述电池1的输出电压VBATT_IN提供缓冲，其并不是一个必需的电路，在某些应用场景中，所述用于无人机的电源监测系统可以无需采用所述缓启动电路2。
如图2所示，所述电池1的输出电压VBATT_IN通过存储电容CIN接地，并通过二极管Z3提供电压输出后通过电容C2接地，二极管Z3为单向导通，用于对所述电池1进行保护，电容C2为起滤波作用。所述缓启动电路2包括电阻R6、R7、R8、R9、电容C3、C4、稳压二极管Z1和MOS管Q1，MOS管Q1的栅极通过串联的电阻R6、R7接地，电阻R8和电容C4串联于电阻R6、R7的连接点和MOS管Q1的漏极之间，电容C3、电阻R9和稳压二极管Z1并联于电阻R6、R7的连接点和MOS管Q1的源极之间，MOS管Q1的源极与二极管Z3的负极相连接。
所述电池电压监测电路5包括电压采样电路51、参考电路52和比较电路53，所述电压采样电路51用于对电池的输出电压VBATT_IN进行采样得到采样电压Vin_raw，所述参考电路52用于提供设定的参考电压V_ref，所述比较电路53用于将所述采样电压Vin_raw与所述参考电压V_ref进行比较，并将比较结果输出给所述主控制器4。
所述电压采样电路51包括依次串联于所述电池的电压输出端和地线之间的电阻R1、R2、R3，从电阻R2和R3之间的连接点输出采样电压Vin_raw，所述电压采样电路51还包括与电阻R3并联的电容C1，电容C1起滤波作用。所述参考电路包括52依次串联于所述缓启动电路的电压输出端VIN和地线之间电阻R4、R5和稳压二极管Z2，从电阻R5和稳压二极管Z2的连接点输出所述参考电路提供的参考电压V_ref。所述参考电路包括52还包括与稳压二极管Z2并联的电容C5，电容C5起滤波作用。所述比较电路53包括电阻R10、R11、R12运算放大器U1和光耦U2，运算放大器U1的正相输入端通过电阻R11与运算放大器U1的反相输入端相连接，运算放大器U1的正相输入端通过电阻R10接参考电压V_ref，运算放大器U1的反相输入端接电压采样VIN_raw，运算放大器U1的输出端输出比较结果，并通过光耦U2将比较结果转换为比较信号PGOOD#传递给所述主控制器，其中VAUX为高电平。
所述电池电压监测电路5的工作原理如下：
所述电池1的输出电压Vin_raw由电阻R1，R2，R3分压后取电阻R3的电压为采样电压Vin_raw，其电压随着电池组总电压的变化而变化,即：
Vin_raw=(R3/(R1+R2+R3))*VBATT_IN
假定VBATT_IN允许工作的最低电压为VBATT_IN（min），则对应的Vin_raw最小电压为Vin_raw（min）。
在所述缓启动电路2的另一端，稳压二极管Z2为稳压管，其管压Vz2即为参考电压V_ref。V_ref受稳压管钳位，其电压不会随电池组总电压的变化而变化,即：V_ref = Vz2。
在所述比较器53中，对V_ref和Vin_raw进行比较，并将比较结果通过光耦U2转换为比较信号PGOOD#给所述主控制器4：当Vin_raw > V_ref 时，PGOOD#为低电平；当Vin_raw< V_ref 时，PGOOD#为高电平，所述柱处理器判定电池电压过低，需要立即启动相关告警及应急措施。
需要说明的是，所述电池电压监测电路5中，所述参考电压V_ref是一个固定的电压；通过对稳压二极管Z2的选择，使得V_ref =Vin_raw（min），其中，Vin_raw（min）由允许的电池最低工作电压决定。
如图3所示，所述主控制器电压监测电路6包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、电容C21、C22、稳压二极管Z21、Z22和MOS管Q21、Q22，MOS管Q21的栅极分别通过电阻接地R24和通过电阻R22与所述主控制器4的高电平EN_V_VCC输出引脚相连接，MOS管Q21的漏极接地，MOS管Q21的源极通过电阻R1分别与MOS管Q22的栅极、稳压二极管Z21的正极和电阻R23的一端相连接，MOS管Q22的源极分别与所述电压转换电路的输出电压VCC_12V、稳压二极管Z21的负极和电阻R23的一另端相连接，MOS管Q22的漏极通过电容C22接地，MOS管Q22的漏极还通过串联的电阻R25、R26接地，电容C22和稳压二极管Z22与电阻R26并联。
需要说明的是，图3中，VCC_12V由所述电压转换电路3对所述缓启动电路2的输出电源VIN进行电压转换得到，用于给所述主控制器5供电。电压V_VCC为对VCC_12V的电压采样，其与所述主控制器4的AD输入端相连接。电压EN_V_VCC为所述主控制器5输出的电压。所述主控制器电压监测电路6的工作原理如下：
在所述主控制器4正常上电以后，使EN_V_VCC为高电平，进而使得MOS管Q21、Q22导通，通过电阻R26上的电压V_VCC对VCC_12V电压采样，一旦监测到VCC_12V不正常，所述主控制器4启动相关告警及应急措施，从而保证无人机的飞行安全。
进一步地，本发明还提供了一种无人机，其采用上述用于无人机的电源监测系统。
综上所述，本发明的用于无人机的电源监测系统包括电池电压监测电路和主控制器电压监测电路，所述电池通过所述电压转换电路为所述主控制器供电，所述电池电压监测电路用于对所述电池的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，所述主控制器电压监测电路用于对所述电压转换电路输出给所述主控制器的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，从而达到在不增加大量元器件的前提下，对主控制器的整个供电链路设置两道监测防线，达到实时监测的目的，提高了无人机飞行的安全性。
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)
1.一种用于无人机的电源监测系统，其特征在于，包括电池、电压转换电路、主控制器、电池电压监测电路和主控制器电压监测电路，所述电池通过所述电压转换电路为所述主控制器供电，所述电池电压监测电路用于对所述电池的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器，所述主控制器电压监测电路用于对所述电压转换电路输出给所述主控制器的电压进行监测并将监测结果反馈给所述主控制器。
2.如权利要求1所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，还包括缓启动电路，所述缓启动电路设置于所述电池和所述电压转换电路之间。
3.如权利要求2所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述缓启动电路包括电阻R6、R7、R8、R9、电容C3、C4、稳压二极管Z1和MOS管Q1，MOS管Q1的栅极通过串联的电阻R6、R7接地，电阻R8和电容C4串联于电阻R6、R7的连接点和MOS管Q1的漏极之间，电容C3、电阻R9和稳压二极管Z1并联于电阻R6、R7的连接点和MOS管Q1的源极之间。
4.如权利要求3所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述电池电压监测电路包括电压采样电路、参考电路和比较电路，所述电压采样电路用于对所述电池的输出电压VBATT_IN进行采样得到采样电压Vin_raw，所述参考电路用于提供设定的参考电压V_ref，所述比较电路用于将所述采样电压Vin_raw与所述参考电压V_ref进行比较，并将比较结果输出给所述主控制器。
5.如权利要求4所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述电压采样电路包括依次串联于所述电池的电压输出端和地线之间的电阻R1、R2、R3，从电阻R2和R3之间的连接点输出采样电压Vin_raw。
6.如权利要求5所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述电压采样电路还包括与电阻R3并联的电容C1。
7.如权利要求5所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述参考电路包括依次串联于所述缓启动电路的电压输出端VIN和地线之间电阻R4、R5和稳压二极管Z2，从电阻R5和稳压二极管Z2的连接点输出所述参考电路提供的参考电压V_ref。
8.如权利要求7所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述比较电路包括电阻R10、R11、运算放大器U1和光耦U2，运算放大器U1的正相输入端通过电阻R11与运算放大器U1的反相输入端相连接，运算放大器U1的正相输入端通过电阻R10接参考电压V_ref，运算放大器U1的反相输入端接电压采样VIN_raw，运算放大器U1的输出端输出比较结果，并通过光耦U2将比较结果转换为比较信号PGOOD#传递到所述主控制器。
9.如权利要求1所述的用于无人机的电源监测系统，其特征在于，所述主控制器电压监测电路包括电阻R21、R22、R23、R24、R25、R26、电容C21、C22、稳压二极管Z21、Z22和MOS管Q21、Q22，MOS管Q21的栅极分别通过电阻接地R24和通过电阻R22与主控制器的高电平EN_V_VCC输出引脚相连接，MOS管Q21的漏极接地，MOS管Q21的源极通过电阻R1分别与MOS管Q22的栅极、稳压二极管Z21的正极和电阻R23的一端相连接，MOS管Q22的源极分别与所述电压转换电路的输出电压VCC_12V、稳压二极管Z21的负极和电阻R23的一另端相连接，MOS管Q22的漏极通过电容C22接地，MOS管Q22的漏极还通过串联的电阻R25、R26接地，电容C22和稳压二极管Z22与电阻R26并联。
10.一种无人机，其特在在于，其采用如权利要求1-9任一项所述的用于无人机的电源监测系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180817 |