CN110395396B - 一种无人机自启动系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机控制系统及其控制方法，解决了现有技术中机载启动器可能发生无意识触碰导致误启动，以及由于误判导致自启动的问题，进而提供一种无人机自启动系统及其控制方法。自启动系统包括启动电源、依次相连的开关模块、控制模块、驱动电机、减速器和发动机；具体控制方法为，无人机起飞前打开开关模块；自驾仪通过信号线发送启动信号，经开关模块传输至控制模块；若控制模块在预设时间内连续收到多次启动信号，则启动驱动电机，否则不启动；若经步骤2判断启动驱动电机，则控制模块控制驱动电机开启，驱动电机通过减速器启动发动机。有效的避免了误启动和误判导致自启动的问题，进一步提高了无人机的安全性。
Description
技术领域
本发明属于无人机控制系统及控制方法，具体涉及一种无人机自启动系统及其控制方法。
背景技术
目前，随着无人机智能化和模块化演进，无人机的功能复杂度和精细度也越来越高，无人机利用其高精度、长距离和可远程操控等特点，受到各行各业的青睐，各种无人机也随之应运而生。在无人机及航模行业里，由于无人机载重能力不强，考虑到整机重量，大多数无人机上不安装发动机自启动装置。无人机在起飞前，操作员手持启动器，启动发动机之后再进行起飞操作，但在实际执行任务飞行时，由于温度、湿度和海拔等环境因素影响，发动机有可能会发生意外空中停车的情况，在这种情况下，无人机不能在空中二次启点火，只能采取滑行迫降等方式降落，严重影响无人机的飞行安全。因此很有必要给无人机发动机增加自启动功能，保证飞机的飞行安全。
目前行业内，大多数无人机采用汽油发动机做动力源，但发动机的启动方式各有不同。部分无人机采用传统的机载启动器，由普通无刷电动机启动发动机，但是由于无人机在携带和运输过程中有可能因为外界的无意识触碰而导致无人机自启动，即使安装自启动的情况下也可能会因为误触碰而造成其他隐患，轻则消耗电池电量，重则危及自身或他人人身安全，对用户的安全造成影响。
发明内容
本发明的主要目的是在于解决现有技术中机载启动器可能发生无意识触碰导致误启动，以及由于误判导致自启动的问题，提供一种无人机自启动系统及其控制方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无人机自启动系统，其特殊之处在于，包括启动电源、依次相连的开关模块、控制模块、驱动电机、减速器和发动机；
启动电源，为驱动电机提供电源；
开关模块，用于开关控制模块，所述开关模块接收自驾仪发送的启动信号，发送至控制模块；
控制模块，经所述开关模块接收自驾仪发送的启动信号，根据预设时间内是否连续收到预设次数启动信号，判断其是否符合设定的启动信号特征，如果符合，则启动驱动电机，否则不启动。
驱动电机通过减速器与发动机相连。
进一步地，还包括光耦隔离模块，接收控制模块的启动信号，将启动信号依次转换为光信号和电信号，电信号控制启动驱动电机，实现电气隔离的同时保持通信连接，通过隔离控制减小或规避电磁干扰。
进一步地，所述启动电源为容量1500mAh，放电倍率75C的锂电池，瞬间最大放电电流大于100A。
进一步地，所述减速器的减速比大于等于90，通过高减速比的减速器降低驱动电机输出转速，从而提高输出扭矩。
进一步地，如上所述无人机自启动系统的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1，无人机起飞前打开开关模块；
步骤2，自驾仪通过信号线发送启动信号，经开关模块传输至控制模块；若控制模块在预设时间内连续收到多次启动信号，则启动驱动电机，否则不启动；
步骤3，若经步骤2判断启动驱动电机，则控制模块控制驱动电机开启，驱动电机通过减速器启动发动机。
进一步地，步骤2中，自驾仪通过信号线发送启动信号，具体为自驾仪接收到地面站发送的启动指令后，通过信号线发送启动信号。
进一步地，步骤2中，自驾仪通过信号线发送启动信号具体为，自驾仪内预设启动信号触发指令，当所述触发指令被触发，则通过信号线发送启动信号。自驾仪通过上述两种方式均可获得启动信号，可以根据使用需求进行具体选择。
进一步地，步骤2中，当所述触发指令被触发具体为，自驾仪内设有霍尔转速传感器，当霍尔转速传感器检测到发动机转速小于100RPM时，所述触发指令被触发。
进一步地，步骤2中，若控制模块在预设时间内连续收到多次启动信号具体为，若控制模块在2s内连续收到两次启动信号。
进一步地，步骤3中，控制模块控制驱动电机开启具体为，驱动电机内设有两组MOS管，控制模块使能打开MOS管，使驱动电机与启动电源接通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的无人机自启动系统，通过设置开关模块，不需要开启启动系统时可以关闭系统，即使误操作，自驾仪发出的启动信号也无法传输至控制模块；另外具有判断功能的控制模块，避免了启动信号异常引起的自启动。通过开关模块和控制模块提高了自启动系统的整体可靠性，结构简单但巧妙高效，维护方便且没有耗材，有效的避免了误启动和误判导致自启动的问题，进一步提高了无人机的安全性。
2.本发明通过光耦隔离模块实现了隔离控制。由于驱动电机在工作时是电与磁相互作用产生驱动扭矩，所以电路中会产生较大的电磁干扰，严重时会影响到其他控制系统的正常工作，对飞行安全产生不利影响，采用光耦隔离模块，当启动信号输入到光耦隔离模块里，会先转换成光信号再转换为电信号，通过电信号控制驱动电机转动，实现电气隔离但同时保持通信连接的功能，最终实现隔离控制。
3.本发明采用高减速比的减速器，通过减速器降低驱动电机输出转速，同时提高输出扭矩，使驱动电机可以驱动发动机启动。
4.本发明的无人机自启动控制方法，通过自驾仪发送启动启动信号，经控制模块判断后控制驱动电机转动，从而通过减速器带动发动机工作，能够在飞机空中熄火的情况下完成二次点火，保证飞机的飞行安全。同时控制模块接收启动信号后，经过判断确认后才将启动信号传输至驱动电机，大大降低了误判的可能。另外开关模块避免了发送机意外启动，在无人机飞行前将其关闭，启动信号被阻断，在即将起飞时将开关模块打开，启动信号能够从自驾仪传输至控制模块，一定程度上减少了意外启动的发生概率。
5.本发明中自驾仪发出的启动信号，可以通过地面站获取，也可以在自驾仪中内置触发指令，可以根据实际使用条件及无人机配置进行选择。
附图说明
图1为本发明无人机自启动系统的组成示意图；
图2为本发明开关模块的电路示意图；
图3为本发明控制模块的电路示意图；
图4为本发明光耦隔离模块的电路示意图；
图5为本发明控制模块控制驱动电机电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。
如图1所示，一种无人机自启动系统，其特征在于：包括启动电源、依次相连的开关模块、控制模块、驱动电机、减速器和发动机；
启动电源，为驱动电机提供电源；
开关模块，用于开关控制模块，所述开关模块接收自驾仪发送的启动信号，发送至控制模块；
控制模块，经所述开关模块接收自驾仪发送的启动信号，根据预设时间内是否连续收到预设次数启动信号，判断其是否符合设定的启动信号特征，如果符合，则启动驱动电机，否则不启动。
驱动电机通过减速器与发动机相连。
其中，开关模块是为了防止发动机意外被启动，开关模块可以是连接于自驾仪和控制模块之间的钮子开关，在无人机起飞前，开关模块处于关闭状态，自驾仪发送的启动信号无法传输至控制模块；在无人机准备起飞时再打开开关模块，一定程度上可以减少意外启动的概率。控制模块接收到启动信号后进行判断，若预设时间内连续收到多次启动信号，则控制驱动电机启动，从而带动发动机工作；若预设时间内只收到一个启动信号、未在预设时间内收到或启动信号不连续，则认为启动信号异常，将不启动驱动电机。通过开关模块和控制模块的双重保护，提高了自启动系统的可靠性，降低了误操作和误启动的概率。
在本发明的一个实施例中，控制模块与驱动电机之间还设有光耦隔离模块，接收控制模块的启动信号，将启动信号依次转换为光信号和电信号，通过转换后的电信号控制启动驱动电机，实现电气隔离的同时保持通信连接，达到隔离控制。这主要是因为驱动电机在工作时，是通过电与磁相互作用产生驱动扭矩，所以相应电路中会产生较大的电磁干扰，严重时会影响到其他模块的正常工作，对无人机的飞行安全产生不利影响，为了避免或减少这种不利影响而添加了光耦隔离模块。
另外，选用锂电池作为启动电源为驱动电机提供电源，使用的是容量1500mAh，放电倍率75C，瞬间最大放电电流大于100A的锂电池，根据无人机实际需求，启动电源的具体参数还可以进行调整，使其与驱动电机相适配。
为了使驱动电机能够顺利驱动发动机启动，尽可能选用高减速比的减速器，因为当控制模块执行启动驱动电机的动作时，由于直流电机转速较快但扭矩较低，经过减速器时就需要降低输出转速，同时提高输出扭矩，高减速比的减速器更有利于驱动电机驱动发动机启动。
上述无人机自启动系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，无人机起飞前打开开关模块；
步骤2，自驾仪通过信号线发送启动信号，经开关模块传输至控制模块；若控制模块在预设时间内连续收到多次启动信号，则启动驱动电机，否则不启动；
步骤3，若经步骤2判断启动驱动电机，则控制模块控制驱动电机开启，驱动电机通过减速器启动发动机。
控制模块中的判断依据为是否在预设时间内连续收到多次启动信号，本发明一个实施例中具体为2s内连续收到两次启动信号。但时间范围和相应时间范围内收到启动信号的次数，可以根据具体使用需求，如误判率要求和反应速度等进行调整设置。
控制模块控制驱动电机开启，主要是通过驱动电机内设置的两组MOS管，当控制模块收到启动信号，且经判断将启动驱动电机，就使能控制引脚打开两组MOS管，为驱动电机接通电源，从而通过减速器驱动发动机。
实施例一
无人机即将起飞前打开开关模块，自驾仪接收到地面站发送的启动指令后发送启动信号；如图2，启动信号从钮子开关KN6A-202F的管脚1输入，从管脚2输出传输至控制模块，控制模块选择STM32F103C8T6，启动信号从管脚17输入，经控制模块判断是否在2s内连续收到两次启动信号，若收到则从管脚30输出启动信号，驱动电机内设置有两组MOS管，驱动电机接收启动信号并使能打开两组MOS管，使驱动电机与启动电源接通，驱动电机进而通过减速器驱动发动机启动。
实施例二
自驾仪内设有霍尔转速传感器，无人机即将起飞前打开开关模块，自驾仪内预设启动信号触发指令，当满足触发条件时，即霍尔转速传感器检测到发送机转速小于100RPM时，自驾仪通过信号线发送启动信号；如图2，启动信号从钮子开关KN6A-202F的管脚1输入，从管脚2输出传输至控制模块；如图3，控制模块选择STM32F103C8T6，启动信号从U7管脚17输入，经控制模块判断是否在3s内连续收到三次启动信号，若收到则从管脚30输出启动信号。如图4，启动信号再发送到光耦隔离模块N1管脚2，当没有启动信号输入时，IO为高电平，N1内部二极管不导通，信号截止，发动机不工作；当有启动信号输入时，IO是低电平，N1内部二极管导通，启动信号发送到输出端，使控制信号CON1和控制信号CON2由高电平变为低电平；如图5，驱动电机内设置有两组MOS管，MOS管U2和U3导通，使驱动电机与启动电源接通，驱动电机进而通过减速器驱动发动机启动。
上述自启动系统及其控制方法，通过开关模块的防意外开启，以及控制模块的判断确定，解决了机载启动器可能发生无意识触碰导致误启动，以及由于误判导致自启动的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种无人机自启动系统，其特征在于：包括启动电源、依次相连的开关模块、控制模块、驱动电机、减速器和发动机；
启动电源，为驱动电机提供电源；
开关模块，用于开关控制模块，所述开关模块接收自驾仪发送的启动信号，发送至控制模块；
控制模块，经所述开关模块接收自驾仪发送的启动信号，根据预设时间内是否连续收到预设次数启动信号，判断其是否符合设定的启动信号特征，如果符合，则启动驱动电机，否则不启动；
驱动电机通过减速器与发动机相连。
2.如权利要求1所述一种无人机自启动系统，其特征在于：还包括光耦隔离模块，接收控制模块的启动信号，将启动信号依次转换为光信号和电信号，电信号控制启动驱动电机。
3.如权利要求1所述一种无人机自启动系统，其特征在于：所述启动电源为容量1500mAh，放电倍率75C的锂电池，瞬间最大放电电流大于100A。
4.如权利要求1所述一种无人机自启动系统，其特征在于：所述减速器的减速比大于等于90。
5.如权利要求1-4任一项所述无人机自启动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，无人机起飞前打开开关模块；
步骤2，自驾仪通过信号线发送启动信号，经开关模块传输至控制模块；若控制模块在预设时间内连续收到多次启动信号，则启动驱动电机，否则不启动；
步骤3，若经步骤2判断启动驱动电机，则控制模块控制驱动电机开启，驱动电机通过减速器启动发动机。
6.如权利要求5所述一种无人机自启动系统的控制方法，其特征在于：步骤2中，自驾仪通过信号线发送启动信号，具体为自驾仪接收到地面站发送的启动指令后，通过信号线发送启动信号。
7.如权利要求5所述一种无人机自启动系统的控制方法，其特征在于：步骤2中，自驾仪通过信号线发送启动信号具体为，自驾仪内预设启动信号触发指令，当所述触发指令被触发，则通过信号线发送启动信号。
8.如权利要求7所述一种无人机自启动系统的控制方法，其特征在于:步骤2中，当所述触发指令被触发具体为，自驾仪内设有霍尔转速传感器，当霍尔转速传感器检测到发动机转速小于100RPM时，所述触发指令被触发。
9.如权利要求5所述一种无人机自启动系统的控制方法，其特征在于：步骤2中，若控制模块在预设时间内连续收到多次启动信号具体为，若控制模块在2s内连续收到两次启动信号。
10.如权利要求5所述一种无人机自启动系统的控制方法，其特征在于：步骤3中，控制模块控制驱动电机开启具体为，驱动电机内设有两组MOS管，控制模块使能打开MOS管，使驱动电机与启动电源接通。
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