CN109632124B - 系留无人机机载监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及系留无人机机载监控系统及其监控方法，该系统包括电压检测单元、温度检测单元以及主控芯片，温度检测单元包括差分输入模块，将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；第一扩展芯片，将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片；电压检测单元包括第一运算放大器，对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；光隔离放大器，对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号及UPS的输出电压信号进行隔离放大；第二运算放大器，对光隔离放大器输出的电压信号进行放大；第二扩展芯片，将第一运算放大器及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，将处理结果输入主控芯片。本发明实现提高监控系统的监控精度。

Description

系留无人机机载监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及无人机，更具体地说是指系留无人机机载监控系统及其监控方法。

背景技术

现有系留无人机需要在各种复杂环境下完成长时间工作任务，对系留无人机的内部工作状态参数要求需要实时的监控，满足各项状态参数在正常工作范围内，保证系留无人机保持正常工作状态，对出现异常情况需要及时监测，分析，得出相关需求指标并将状态信息反馈到地面站，给技术书人员提供准确的系留无人机工作状态分析，当系留无人机出现异常时，可主动实现自我调整，做出相应的应急反应，有效避免系留无人机因在复杂环境下长时间任务出现的异常事故。

目前的系留无人机的机载监控系统的温度检测的误差较大，且容易受到外界因素的影响，抗干扰能力弱，且电源供电部分存在相互干扰的情况，进而影响到监控的结果，且电压检测的精度不高，导致监控系统的精度不高，误差大。

因此，有必要设计一种新的系统，实现提高监控系统的监控精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供系留无人机机载监控系统及其监控方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：系留无人机机载监控系统，包括电压检测单元、温度检测单元以及主控芯片，所述温度检测单元包括差分输入模块以及第一扩展芯片，所述电压检测单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、光隔离放大器以及第二扩展芯片；所述差分输入模块，用于将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；所述第一扩展芯片，用于将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片，由主控芯片根据电压信号进行温度的监控；所述第一运算放大器，用于对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；所述光隔离放大器，用于对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号进行隔离放大；所述第二运算放大器，用于对光隔离放大器输出的电压信号进行放大；所述第二扩展芯片，用于将第一运算放大器放大后的电压信号以及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，并将处理结果输入主控芯片，由主控芯片进行系留无人机的电压监控。

其进一步技术方案为：所述系统还包括电流检测单元，所述电流检测单元包括霍尔传感器以及第三扩展芯片；所述霍尔传感器，用于检测系留无人机动力电源的各项电流，形成电流原始信号；所述第三扩展芯片，用于将所述电流原始信号进行差分处理，并输入所述主控芯片，由主控芯片进行系留无人机动力的电流监控。

其进一步技术方案为：所述系统还包括电源单元以及电源隔离芯片，所述电源单元，用于提供电源；所述电源隔离芯片，用于所述电源进行供电隔离，并输出隔离后的电流至电压检测单元、温度检测单元以及主控芯片。

其进一步技术方案为：所述系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括通信芯片U13，所述通信芯片U13用于供主控芯片与无人机飞控进行通讯。

其进一步技术方案为：所述系统还包括与主控芯片连接的记录单元，所述记录单元包括SD卡。

其进一步技术方案为：所述系统还包括模块电源，所述模块电源通过设有的检测隔离芯片与所述主控芯片连接。

其进一步技术方案为：所述系统还包括端子J30J，所述端子J30J包括与霍尔电流传感器连接的接口U41A、分别与所述模块电源连接的U41B、U41C、U41D、与系留无人机设备电源连接的接口U42A、U42C以及与所述温度传感器连接的接口U42B、U42D。

其进一步技术方案为：所述温度传感器包括铂热电阻。

其进一步技术方案为：所述电源单元包括与供电设备连接的第一降压芯片U9，所述第一降压芯片U9与所述电源隔离芯片连接。

本发明还提供了系留无人机机载监控系统的监控方法，包括：

获取来自系留无人机的温度传感器采集的温度信号；

由差分输入模块将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；

第一扩展芯片将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片，由主控芯片根据电压信号进行温度的监控；

获取系留无人机的设备电源电压信号、Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号；

第一运算放大器对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；

光隔离放大器对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号进行隔离放大；

第二运算放大器对所述光隔离放大器输出的电压信号进行隔离放大；

第二扩展芯片将所述第一运算放大器放大后的电压信号以及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，并将处理结果输入所述主控芯片，由主控芯片进行系留无人机的电压监控。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置电压检测单元、温度检测单元、主控芯片、电流检测单元、电源单元以及电源隔离芯片、通讯单元、记录单元以及模块电源，采用两种模式对不同功率的电压进行监控，且采用霍尔传感器进行电流检测，利用铂热电阻进行温度检测，结合高精度的差分输入模块，可从多方面提高整个监控系统的精度，减少整个监控系统的误差，且提高监控系统的抗干扰能力。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例提供的系留无人机机载监控系统的结构示意框图；

图2为本发明具体实施例提供的主控芯片的具体电路原理图一；

图3为本发明具体实施例提供的主控芯片的具体电路原理图二；

图4为本发明具体实施例提供的主控芯片的具体电路原理图三；

图5为本发明具体实施例提供的主控芯片的具体电路原理图四；

图6为本发明具体实施例提供的电源单元的具体电路原理；

图7为本发明具体实施例提供的通讯单元的具体电路原理图；

图8为本发明具体实施例提供的记录单元及指示灯DB1的具体电路原理图；

图9为本发明具体实施例提供的温度检测单元的具体电路原理图一；

图10为本发明具体实施例提供的温度检测单元的具体电路原理图二；

图11为本发明具体实施例提供的第一滤波模块以及第二滤波模块的具体电路原理图一；

图12为本发明具体实施例提供的设备电源电流检测子单元的具体电路原理图；

图13为本发明具体实施例提供的第一运算放大器的具体电路原理图；

图14为本发明具体实施例提供的光隔离放大器以及第二运算放大器的具体电路原理图；

图15为本发明具体实施例提供的第二扩展芯片以及电流检测单元的具体电路原理图；

图16为本发明具体实施例提供的模块电源的具体电路原理图；

图17为本发明具体实施例提供的端子J30J的具体电路原理图；

图18为本发明具体实施例提供的系留无人机机载监控系统的爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1～18所示的具体实施例，本实施例提供的系留无人机机载监控系统，可以运用在无人机的监控过程中，实现提高监控系统的监控精度。

请参阅图1，该系留无人机机载监控系统，包括电压检测单元30、温度检测单元20以及主控芯片10，温度检测单元20包括差分输入模块以及第一扩展芯片，电压检测单元30包括第一运算放大器、第二运算放大器、光隔离放大器以及第二扩展芯片；差分输入模块，用于将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；第一扩展芯片，用于将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片10，由主控芯片10根据电压信号进行温度的监控；第一运算放大器，用于对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；光隔离放大器，用于对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号进行隔离放大；第二运算放大器，用于对光隔离放大器输出的电压信号进行放大；第二扩展芯片，用于将第一运算放大器放大后的电压信号以及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，并将处理结果输入主控芯片10，由主控芯片10进行系留无人机的电压监控。

对于温度检测而言，采用高分辨率差分输入模块作为输入采集电路，可以使得温度检测的分辨率高，精度高，误差小，抗干扰能力强，另外，采用第一扩展芯片进行差分处理，也可以提高整个检测过程的精度。

对于电压检测而言，针对采用数字IIC通信方式读取Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS输出电压等，对这些大功率电源电压检测，对输入电压分压后采用光隔离放大器实现电气隔离，对光耦输出的差分信号处理实现单信号处理放大输出，在进行差分处理，而对于系留无人机设备电源电压检测，采用两个第一运算放大器进行放大后再进行差分处理，实现大功率电源与小功率电源采用不同的电压监测模式，电路简单，成本较低，抗干扰性好，误差小。

请参阅图2至图5，上述的主控芯片10包括相互连接的芯片U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F。本实施例中，上述的主控芯片10的型号为但不局限于LPC54628J512ET180。

其中，上述的芯片U1E的端脚连接有时钟单元，以提供计时功能，该时钟单元包括振荡器Y1和Y2。该芯片U1A的端脚连接有USB接口J1。上述的芯片U1F的端脚连接有电源转换芯片U2，用于转换电平，该电源转换芯片U2的型号为TXS0108EQPWRQ1。另外上述的芯片U1C的端脚还连接与数传电台连接。

该电源转换芯片U2分别与霍尔传感器、设备电源、Synqor电源、备用电池以及UPS连接，以通过该电源转换芯片U2将电压转换至合适的电压值，供给霍尔传感器、设备电源、Synqor电源、备用电池以及UPS使用。

在一实施例中，请参阅图6，该系统还包括电源单元70以及电源隔离芯片，电源单元70，用于提供电源；电源隔离芯片，用于电源进行供电隔离，并输出隔离后的电流至电压检测单元30、温度检测单元20以及主控芯片10。电源部分采用各个模块电源隔离供电的方式，电源稳定，相互隔离，实现数模电源隔离。

具体地，上述的电源单元70包括与12V的供电设备连接的第一降压芯片U9，该第一降压芯片U9的型号为但不局限于TPS54560BQDDARQ1，将12V的电压降压为5V的电压，以供给系统中其他模块使用。

上述的第一降压芯片U9与温度检测单元20之间连接有第一电源隔离芯片U5，该第一电源隔离芯片U5的型号为但不局限于B0505T-1W，以将5V的电压进行直流隔离后供给温度检测单元20使用。另外，该第一降压芯片U9与温度检测单元20之间通过第二降压芯片U7连接，该第二降压芯片U9的型号为但不局限于TLV7533PDBVR，以将5V的电压降为3.3V供温度检测单元20使用。

上述的第一降压芯片U9与主控芯片10之间连接有第二电源隔离芯片U6，该第二电源隔离芯片U6的型号为但不局限于B0505T-1W，以将5V的电压进行直流隔离后供给主控芯片10使用。另外，该第一降压芯片U9与主控芯片10之间通过第三降压芯片U8连接，该第三降压芯片U8的型号为但不局限于TLV7533PDBVR，以将5V的电压降为3.3V供主控芯片10使用。

上述的第一降压芯片U9与电压检测单元30之间连接有第三电源隔离芯片U11，该第三电源隔离芯片U11的型号为但不局限于B0505T-1W，以将5V的电压进行直流隔离后供给电压检测单元30使用。

在一实施例中，请参阅图15，该系统还包括电流检测单元40，电流检测单元40包括霍尔传感器以及第三扩展芯片U29、U32、U33、U35；霍尔传感器，用于检测系留无人机动力电源的各项电流，形成电流原始信号；第三扩展芯片U29、U32、U33、U35，用于将电流原始信号进行差分处理，并输入主控芯片10，由主控芯片10进行系留无人机动力的电流监控。

具体地，该第三扩展芯片U29、U32、U33、U35的型号为但不局限于ADS1118QDGSRQ1。在本实施例中，在霍尔传感器与第三扩展芯片U29、U32、U33、U35之间连接有滤波电阻以及滤波电容，以进行对霍尔传感器所采集到的各项电流进行滤波处理后，经由第三扩展芯片U29、U32、U33、U35进行差分处理。霍尔传感器实现电流原始信号采集，第三扩展芯片U29、U32、U33、U35采用高精度差分ADC处理，提高电流检测的抗共模干扰能力、高精度、低误差。

在一实施例中，请参阅图6，上述的12V的外部供电设备与电流检测单元40之间连接有第一升压芯片U43、第二升压芯片U44，该第一升压芯片U43、第二升压芯片U44分别为但不局限于WRA1215S-3WR2，以将12V的电压进行升压为15V后供给电流检测单元40使用。

在一实施例中，请参阅图7，上述的系统还包括通讯单元60，通讯单元60包括通信芯片U13，通信芯片U13用于供主控芯片10与无人机飞控进行通讯。

该通信芯片U13的型号为但不局限于ISO35MDWR。该通信芯片U13与电源转换芯片U2连接，以利用电源转换芯片U2输出的电压对其进行供电，确保该监控系统可与无人机飞控进行顺畅通讯。

在一实施例中，请参阅图8，该系统还包括与主控芯片10连接的记录单元50，记录单元50包括SD卡SU1，该SD卡SU1与芯片U1C连接，以通过micro-SD卡作为存储介质实时保存记录系留无人机各项状态参数，成本低，实时性好，存储容量大。

另外，该主控芯片10的端脚还连接有指示灯DB1，该指示灯DB1可用于指示主控芯片10的工作状态，具体地，指示灯DB1与芯片U1F连接。

在一实施例中，请参阅图9至图10，该差分输入模块包括连接于温度传感器两端的保护二极管以及连接于温度传感器一端的差分电阻，如图中的差分电阻R49、R52、R55、R57、R62、R63、R64、R71、R72、R73、R80、R81、R82、R87、R88、R93、R94。利用差分电阻对采集的温度信号进行信号隔离。

该温度传感器包括但不局限于铂热电阻。采用高精度的铂热电阻可提高温度检测的精度高、误差小。

具体地，上述的第一扩展芯片U14～U21的型号为但不局限于ADS1118QDGSRQ1。

在一实施例中，请参阅图11至图12，上述的电流检测单元40还包括设备电源电流检测子单元，该设备电源电流检测子单元包括第一滤波模块以及比较模块，利用第一滤波模块对设备电源电流进行滤波后，再经过比较模块与标准电流进行比较，进而得知比较结果，将比较结果经过第二扩展芯片U31进行差分处理后，输入主控芯片10，由主控芯片10进行系留无人机的设备电源电流进行监控。

在一实施例中，请参阅图13，上述的第一运算放大器IC4A、IC4B、IC5A、IC5B、IC6A、IC6B的型号为但不局限于TLC27M2MD，另外，第一运算放大器IC4A、IC5A、IC6A的输入端与设备电源之间连接有第二滤波模块，该第二滤波模块对设备电源输出的24V、12V以及5V电压进行滤波后，在进行运算放大。

另外，上述的系统还包括风扇转速检测单元，该风扇转速检测单元将获取到的风扇转速进行滤波后输入主控芯片10进行转速判断。

在一实施例中，请参阅图14，上述的光隔离放大器U22、U24、U26的型号为但不局限于ACPL-C870-000E。上述的第二运算放大器U23、U25、U27的型号为但不局限于MCP6021T-E/OT。

请参阅图15，上述的第二扩展芯片U28、U30、U31的型号为但不局限于ADS1118QDGSRQ1。上述的第二运算放大器与第二扩展芯片U28连接，上述的第一运算放大器与第二扩展芯片U30连接。

在一实施例中，请参阅图16，该系统还包括模块电源，模块电源通过设有的检测隔离芯片与所述主控芯片10连接。

在本实施例中，检测隔离芯片U34、U36、U37、U40的型号为但不局限于ADUM1250ARZ。检测隔离芯片U34、U36、U37、U40分别与芯片U1A连接。

在一实施例中，请参阅图17，系统还包括端子J30J，端子J30J包括与霍尔电流传感器连接的接口U41A、分别与模块电源连接的U41B、U41C、U41D、与系留无人机设备电源连接的接口U42A、U42C以及与温度传感器连接的接口U42B、U42D。

在一实施例中，请参阅图18，上述的系统还包括屏蔽盒80以及电路板90，上述的电压检测单元30、温度检测单元20、主控芯片10、电流检测单元40、电源单元70以及电源隔离芯片、通讯单元60、记录单元50、模块电源以及端子J30J分别集成在电路板90上，该电路板90置于屏蔽盒80内，能有效避免该机载监控系统对无人机其他电子设备产生相互的电磁干扰。

上述的系留无人机机载监控系统，通过设置电压检测单元30、温度检测单元20、主控芯片10、电流检测单元40、电源单元70以及电源隔离芯片、通讯单元60、记录单元50以及模块电源，采用两种模式对不同功率的电压进行监控，且采用霍尔传感器进行电流检测，利用铂热电阻进行温度检测，结合高精度的差分输入模块，可从多方面提高整个监控系统的精度，减少整个监控系统的误差，且提高监控系统的抗干扰能力。

另外，还提供了系留无人机机载监控系统的监控方法，包括：

获取来自系留无人机的温度传感器采集的温度信号；

由差分输入模块将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；

第一扩展芯片将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片10，由主控芯片10根据电压信号进行温度的监控；

获取系留无人机的设备电源电压信号、Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号；

第一运算放大器对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；

光隔离放大器对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号进行隔离放大；

第二运算放大器对所述光隔离放大器输出的电压信号进行隔离放大；

第二扩展芯片将所述第一运算放大器放大后的电压信号以及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，并将处理结果输入所述主控芯片10，由主控芯片10进行系留无人机的电压监控。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述系留无人机机载监控系统的监控方法的具体实现过程，可以参考前述系留无人机机载监控系统实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.系留无人机机载监控系统，其特征在于，包括电压检测单元、温度检测单元以及主控芯片，所述温度检测单元包括差分输入模块以及第一扩展芯片，所述电压检测单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、光隔离放大器以及第二扩展芯片；所述差分输入模块，用于将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；所述第一扩展芯片，用于将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片，由主控芯片根据电压信号进行温度的监控；所述第一运算放大器，用于对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；所述光隔离放大器，用于对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号进行隔离放大；所述第二运算放大器，用于对光隔离放大器输出的电压信号进行放大；所述第二扩展芯片，用于将第一运算放大器放大后的电压信号以及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，并将处理结果输入主控芯片，由主控芯片进行系留无人机的电压监控；

对于电压检测而言，针对采用数字IIC通信方式读取Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS输出电压等，对这些大功率电源电压检测，对输入电压分压后采用光隔离放大器实现电气隔离，对光耦输出的差分信号处理实现单信号处理放大输出，再进行差分处理；而对于系留无人机设备电源电压检测，采用两个第一运算放大器进行放大后再进行差分处理。

2.根据权利要求1所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述系统还包括电流检测单元，所述电流检测单元包括霍尔传感器以及第三扩展芯片；所述霍尔传感器，用于检测系留无人机动力电源的各项电流，形成电流原始信号；所述第三扩展芯片，用于将所述电流原始信号进行差分处理，并输入所述主控芯片，由主控芯片进行系留无人机动力的电流监控。

3.根据权利要求2所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述系统还包括电源单元以及电源隔离芯片，所述电源单元，用于提供电源；所述电源隔离芯片，用于所述电源进行供电隔离，并输出隔离后的电流至电压检测单元、温度检测单元以及主控芯片。

4.根据权利要求2所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述系统还包括通讯单元，所述通讯单元包括通信芯片U13，所述通信芯片U13用于供主控芯片与无人机飞控进行通讯。

5.根据权利要求2所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述系统还包括与主控芯片连接的记录单元，所述记录单元包括SD卡。

6.根据权利要求2至5任一项所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述系统还包括模块电源，所述模块电源通过设有的检测隔离芯片与所述主控芯片连接。

7.根据权利要求6所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述系统还包括端子J30J，所述端子J30J包括与霍尔传感器连接的接口U41A、分别与所述模块电源连接的U41B、U41C、U41D、与系留无人机设备电源连接的接口U42A、U42C以及与所述温度传感器连接的接口U42B、U42D。

8.根据权利要求1所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述温度传感器包括铂热电阻。

9.根据权利要求3所述的系留无人机机载监控系统，其特征在于，所述电源单元包括与供电设备连接的第一降压芯片U9，所述第一降压芯片U9与所述电源隔离芯片连接。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的系留无人机机载监控系统的监控方法，其特征在于，包括：

获取来自系留无人机的温度传感器采集的温度信号；

由差分输入模块将系留无人机的温度传感器采集的温度信号进行信号隔离；

第一扩展芯片将隔离后的温度信号转换为电压信号输入主控芯片，由主控芯片根据电压信号进行温度的监控；

获取系留无人机的设备电源电压信号、Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号；

第一运算放大器对系留无人机的设备电源电压信号进行放大；

光隔离放大器对系留无人机的Synqor电源电压信号、备用电池电压信号以及UPS的输出电压信号进行隔离放大；

第二运算放大器对所述光隔离放大器输出的电压信号进行隔离放大；

第二扩展芯片将所述第一运算放大器放大后的电压信号以及第二运算放大器放大后的电压进行差分处理，并将处理结果输入所述主控芯片，由主控芯片进行系留无人机的电压监控。