CN113525701A - 一种无人机动力系统智能故障指示方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种无人机动力系统智能故障指示方法及其装置，包括以下步骤：建立故障指示表，其中，故障指示表中配置有多个故障类型以及与每个故障类型匹配的故障指示类型；获取动力系统的多个状态反馈信号，并对多个状态反馈信号逐个进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示。本申请与现有的动力系统故障指示方式相比，能够及时判断故障类型，并且输出给指示器，很好的方便人员判断故障类型；发光装置闪烁和发声装置鸣叫结合，极大的提高了人员判断故障类型的速度；优先等级的高低设定，方便人员及时判断故障严重程度。

Description

一种无人机动力系统智能故障指示方法及其装置

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机动力系统智能故障指示方法及其装置。

背景技术

无人机是无人航空器的简称，是一种不载操作人员、用空气动力产生运载工具升力、能够自主或遥控飞行的航空器。总的来说，分为固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机三大类。多旋翼无人机，也可叫做多轴无人机，根据螺旋桨数量，又可细分为四旋翼、六旋翼、八旋翼等。

图1为相关的无人机动力系统，无人机的动力系统由电调、电机和螺旋桨搭配组成。电调的输入线与电源连接，输出线与电机连接，电机与螺旋桨直接连接；油门信号输入电调，然后电调驱动电机和螺旋桨运行，以达到飞行的动力需求。电调的基本组成有微控制器MCU、驱动器、MOSFET管和反馈。反馈包含电机电流、电压等，实时检测动力系统的状态，让动力系统稳定、安全、高效运行。电机由带有绕组的定子和带有磁体的转子组成，由于长时间飞行，摩擦、疲劳、高温、雨水等原因，电机绕组断线、短路等故障都有发生的可能性，而且电机需带动螺旋桨旋转，造成震动、抖动等，可能会导致电机故障。电调由一系列的电子元件组成，特别是MOSFET管，由于要流经电流，且需高频次的开关，短路、断路、过温等可能性均存在。这些故障发生后可能导致无人机动力系统失效，造成无人机摔机、炸机，甚至烧毁，危及生命和财产安全。所以通常无人机在起飞之前，人员会对无人机进行调试，通过对故障指示装置的指示灯光的判断，确认动力系统有无故障。

针对上述中的相关技术，相关的故障指示装置在地面调试时，动力系统有问题时会频繁闪烁LED，人员根据此种情况只能够得知存在动力系统故障的情况，而无法判断故障类型和故障严重程度，人员需要对动力系统有进行全面的检修测试，较为耗时且浪费人力物力。

发明内容

为了使人员能够快速判断故障类型，节约人力物力，本申请提供一种无人机动力系统智能故障指示方法及其装置。

本申请提供的一种无人机动力系统智能故障指示方法采用如下的技术方案。

一种无人机动力系统智能故障指示方法，包括以下步骤：

建立故障指示表，其中，故障指示表中配置有多个故障类型以及与每个故障类型匹配的故障指示类型；

获取动力系统的多个状态反馈信号，并对多个状态反馈信号逐个进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；

基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示。

通过采用上述技术方案，通过获取状态反馈信号，并对状态反馈信号进行判断，若无人机动力系统出现异常，状态反馈信号也会出现异常，由此获得异常结果，将异常结果对照故障指示表得出故障类型，然后根据故障类型，以声音和/灯光的方式作出相应的指示，使操作人员能够准确快速地判断故障类型，判断出动力系统损坏部分，便于人员准确更换损坏的零件，无需人员全面对动力系统进行检修，节约人力物力。

优选的，故障指示表中还配置有与故障类型对应的优先等级，在基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型后，还包括以下步骤：

判断故障类型的数量，在判断故障类型的数量为多个后，保留优先等级最高的故障类型，删除其他低优先等级的故障类型。

通过采用上述技术方案，优先等级的设置，在同时出现多个故障类型时，本智能故障指示方法能够指示出最需要被人员检修的故障类型，同时也避免多个故障类型同时出现而发生干扰的现象，便于人员及时对紧急的故障类型进行维修。

优选的，以灯光的方式进行指示具体为：根据故障指示类型以控制发光装置发出不同次数的灯光闪烁进行指示。

通过采用上述技术方案，人员可以通过识别的灯光闪烁的次数，间接了解故障类型，较为方便。

优选的，故障指示类型包括故障位序号以及与故障位序号对应的故障编码，故障编码由故障位序号以及预设的特定值根据供公式：A/B=C……D换算得到，其中A为故障位序号、B为特定值、C为上位编码值、D为下位编码值，上位编码值、下位编码值共同组成故障编码，根据上位编码值以作出第一灯光闪烁指示、根据下位编码值以作出第二灯光闪烁指示。

通过采用上述技术方案，将多个第二灯光闪烁指示转变为第一灯光闪烁指示，减少闪烁次数，使人员能够清楚地了解故障类型。

优选的，第一灯光闪烁指示：根据上位编码值进行多次长时间光亮指示，每次长时间光亮指示间隔预设的第一间隔时间；第二灯光闪烁指示：在第一灯光闪烁指示后，间隔预设的第二间隔时间发出，根据下位编码值进行多次短时间光亮指示，每次短时间光亮指示间隔预设的第三间隔时间。

通过采用上述技术方案，通过设置第一间隔时间、第二间隔时间以及第三间隔时间，便于人员对长时间光亮指示与短时间光亮指示进行分辨，便于人员能够清晰的分辨出故障类型。

优选的，所述第二灯光闪烁指示后，间隔预设的特定时间段继续发出第一灯光闪烁指示。

通过采用上述技术方案，可以循环灯光闪烁对人员进行指示提醒，方便人员了解故障类型。

优选的，所述第一间隔时间、第三间隔时间的取值范围均为150-350ms，第二间隔时间的取值范围为400-600ms。

通过采用上述技术方案，由于在两次光亮指示间隔时间过小会导致，人员便会分辨困难，且不便于人员进行统计，且由于人员的个体差异，该数值会有所变化，所以将两次光亮指示的声音间隔定在150-350ms，较为恰当，在长时间光亮指示与短时间光亮指示之间设置较长的间隔可给以人员缓冲时间，便于人员对长时间光亮指示与短时间光亮进行更好的区分。

优选的，所述特定时间段的取值范围为2500-3500ms。

通过采用上述技术方案，特定时间段的间隔时间远长于第一间隔时间、第二间隔时间以及第三间隔时间，在只有第一灯光闪烁指示或第二灯光闪烁指示时，人员不易将两次循环的第一灯光闪烁指示或第二灯光闪烁指示误认为一次。

优选的，以声音的方式进行指示具体为：根据故障指示类型以控制发声装置发出不同次数的鸣叫进行指示。

通过采用上述技术方案，人员还可以通过听取鸣叫的次数获取间接了解到故障类型，较为方便。

本申请另一方面还提供一种无人机动力系统智能故障指示装置。

一种无人机动力系统智能故障指示装置，包括：

信号检测模块，用于获取动力系统的多个状态反馈信号；

异常结果获取模块，用于对多个状态反馈信号逐个进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；以及，

指示模块，用于基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

本申请与现有的动力系统故障指示方式相比，加入了故障类型判断逻辑，能够及时判断故障类型，并且输出给指示器，很好的方便人员判断故障类型；

通过发光装置闪烁和发声装置鸣叫结合，极大的提高了人员判断故障类型的速度；

优先等级设定，方便人员及时判断故障严重程度。

附图说明

图1是相关的无人机动力系统的结构图。

图2是本申请实施例的一种无人机动力系统智能故障指示方法的流程图。

图3是本申请实施例的一种无人机动力系统智能故障指示方法的架构图。

图4是本申请实施例的一种无人机动力系统智能故障指示方法的故障指示表的部分展示图。

图5是本申请实施例的一种无人机动力系统智能故障指示方法的故障编码为1-3时，长时间高电平信号以及短时间高电平信号的输出示意图。

图6是本申请实施例的一种无人机动力系统智能故障指示方法的0-1到2-0的故障编码对应的长时间高电平信号以及短时间高电平信号在示波器上的示意图。

图7是本申请实施例的一种无人机动力系统智能故障指示装置的架构图。

附图标记说明：1、信号检测模块；2、异常结果获取模块；3、指示模块。

具体实施方式

以下结合附图2-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种无人机动力系统智能故障指示方法。

参照图2和图3，一种无人机动力系统智能故障指示方法，包括以下步骤：

S1：获取动力系统的多个状态反馈信号；

具体的：微控制器通过设置在无人机动力系统内部的电流（电压）探针、转速传感器、温度传感器等，获得包括电机电压信号、电机电流信号、油门信号、MOSFET管温度信号以及电容温度信号在内的多个状态反馈信号；

S2：对多个状态反馈信号进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；

具体的：利用微控制器对多个状态反馈信号进行判断，其判断过程为：微控制器预置有多个信号基准值范围，将状态反馈信号逐一与对应的信号基准值范围进行比较得到异常结果，其中预置的多个信号基准值范围包括电机电压信号基准值范围、电机电流信号基准值范围、油门信号基准值范围、MOSFET管温度信号基准值范围以及电容温度信号基准值范围在内的若干基准值范围，信号基准值范围与状态反馈信号一一对应。例如电机电压信号与电机电压信号基准值范围对应、电机电流信号与电机电流信号基准值范围对应。比较过程如下：

将电机电压信号与电机电压信号基准值范围进行比较，如果电机电压信号大于电机电压信号基准值范围内的任意一个值，那么输出电机电压信号过高的异常子结果；如果电机电压信号小于电机电压信号基准值范围内的任意一个值那么输出电机电压信号过低的异常子结果；如果电机电压信号为电机电压信号基准值范围内的任意一个值那么得出电机电压信号正常，则不输出异常子结果。

异常子结果还包括电机电流信号过高、电机电流信号过低、油门信号过小、油门信号过小、MOSFET管温度信号过高、电容温度信号过高在内的若干异常子结果，这些异常子结果的得出均是采用相同的比较方法得到，异常结果为所有当前时间得到的异常子结果的总和。

S30：将异常结果遍历预置的故障指示表得到故障类型；

具体的：参照图2和图4，微控制器内预存储有故障指示表，故障指示表存储有多种故障类型、故障指示类型、优先等级，微控制器内还预置有判断条件，故障指示类型、优先等级以及判断条件均与故障类型对应。判断条件为一个或多个异常子结果的组合，故障类型包括过压、欠压、过流、油门丢失、油门未归零、MOSFET管温度过高以及电容过温在内的多种故障，获取到异常结果后，遍历故障指示表，将故障指示表上的各个故障类型的判断条件与异常结果进行比对，若是异常结果包含判断条件，则输出该判断条件对应的故障类型。

S31：判断故障类型的数量，在判断故障类型的数量为多个后，保留优先等级最高的故障类型，删除其他低优先等级的故障类型；

具体的：每种故障类型对应的优先等级不同，比如过压的优先等级为0、MOSFET管温度过高的优先等级为5，优先等级越高说明问题越严重，越需要尽快处理，在输出故障类型后，判断故障类型的数量。若故障类型的数量大于一，则将所有故障类型的优先等级全部对照故障指示表找出，并进行冒泡排序，以比较大小，保留优先等级最大的故障类型，并将其他的故障类型全部删除。从而便于人员快速找到最严重的故障进行维修，由于微控制器一直在接收状态反馈信号，在最严重的故障排除后，原先优先等级第二的故障类型自动上升为现在优先等级最大的故障类型被保留，使人员可以按故障严重程度逐一将故障类型排除。在判断故障类型的数量小于或等于一后，则不对故障类型进行删除。

S40：根据故障类型获取对应的故障指示类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示；

具体的：参照图3和图4，故障指示类型中包括故障位序号以及与故障位序号对应的故障编码。其中故障位序号的获取的过程如下：由于任意表格中数据的位置都可以通过横纵单元格数值来定位，所以在确定故障类型在故障指示表中的单元格位置后，通过加减单元格数值的方式便可找到对应的故障位序号所在单元格，识别该单元格中的故障位序号；

顺带一提,在另一实施例中，可进一步对故障位序号进行优化，使故障位序号与优先等级对应，使得优先级低的故障位序号在前，优先级高的故障位序号在后或者优先级高的故障位序号在前，优先级低的故障位序号在后，比如优先等级为0的故障位序号对应为1、优先等级为8故障位序号对应9。

其中故障编码由故障位序号以及预设的特定值根据供公式：A/B=C……D换算得到，其中被除数A为故障位序号、除数B为特定值、商C为上位编码值、余数D为下位编码值，本实施例中特定值采用5，上位编码值、下位编码值共同组成故障编码。例如对应故障位序号8，故障编码值为1-3，1为上位编码值、3为下位编码值。故障位序号一共包含1-16总计十六个序号，以对应十六种不同的故障类型。

本实施例中以灯光的方式进行指示具体的具体过程为：在一个实施例中，灯光指示需要通过发光装置进行，发光装置采用RGB指示灯电路，RGB指示灯电路固定安装在无人机动力系统的外壳上，在获取到故障编码后，微控制器会根据故障编码后发出第一灯光闪烁指示、第二灯光闪烁指示，第一灯光闪烁指示具体过程为：微控制器根据上位编码值的具体数值，控制驱动器向RGB指示灯电路发出相应数量的长时间高电平信号，以控制RGB指示灯电路长时间发出光亮，即进行多次长时间光亮指示，每次发出的长时间高电平信号持续时间为1000ms,使得长时间光亮指示的时间也会持续1000ms，每个长时间高电平信号发出后，间隔预设的第一间隔时间发出下一个长时间高电平信号，第一间隔时间的取值范围为150-350ms，本实施例中，第一间隔时间采用250ms；

在第一灯光闪烁指示完毕后，间隔预设的第二间隔时间发出第二灯光闪烁指示，第二灯光闪烁指示具体过程为：根据下位编码值的具体数值，微控制器会控制驱动器向RGB指示灯电路发出相应数量的短时间高电平信号，以控制RGB指示灯电路短时间发出光亮，即进行多次短时间光亮指示。第二间隔时间的取值范围为400-600ms，本实施例中，第二间隔时间为500ms，每次发出的短时间高电平信号持续时间为100ms,使得每次短时间光亮指示的时间也会持续100ms，每个短时间高电平信号发出后，间隔预设的第三间隔时间发出下一个短时间高电平信号，第三间隔时间的取值范围为150-350ms。本实施例中，第一间隔时间采用250ms。

例如在获取1-3的故障编码后，微控制器会控制RGB指示灯电路进行四次光亮指示，四次光亮指示包括一次长时间光亮指示以及三次短时间光亮指示。

参照图5和图6，为了更加全面清楚的展示微控制器根据故障编码控制驱动器的电平输出方式。本实施例对获取0-1到2-0的故障编码后驱动器输出到示波器中的信号进行展示，1-3的故障编码所对应的信号为图6中从右往左数第三个。

在第二灯光闪烁指示完毕后，间隔预设的特定时间段，再一次根据上位编码值发出第一灯光闪烁指示，特定时间段的取值范围为2500-3500ms。本实施例中，特定时间段为3000ms，以使RGB指示灯间隔3秒时间，对故障类型进行一次灯光指示，重复对人员进行指示，确保人员能够知晓故障类型，同时RGB指示灯的辨识度较高，其颜色区别于自然光，便于人员看清指示灯。

在另一个实施例中，以灯光的方式进行指示具体的具体过程为：RGB指示灯在获取到故障编码后，微控制器会根据故障编码直接控制RGB指示灯发出不同颜色的灯光指示，使人员可以根据灯光颜色来判断动力系统发生的故障类型。

本实施例中，以声音的方式进行指示的具体过程为：声音指示采用的发声装置可以是电机，也可以是蜂鸣器，在获取到故障编码后，在获取到故障编码后，微控制器会根据故障编码向发声装置输出长时间高电平信号、短时间高电平信号，长时间高电平信号、短时间高电平信号的输出方式与以灯光指示的方式进行指示的具体过程中的输出方式相同，从而控制电机或蜂鸣器间隔发出鸣叫声，比如故障编码为1-3时，蜂鸣器发出1次持续时间为1000ms的长时间鸣叫，间隔500ms，3次持续时间为100ms的短时间鸣叫，短时间鸣叫的间隔时间为250ms，人员可以通过对长时间鸣叫次数以及短时间鸣叫次数的统计得出故障类型。

此外针对本发明中使用的两种发声装置的声音指示方式，即电机鸣叫和蜂鸣器鸣叫，进行进一步说明：电机鸣叫仅适用于地面上，因为电机鸣叫采取的是给电机一个特定频率脉冲信号，让电机振动鸣叫，此为现有技术具体原理在此不做赘述。在飞行中由于电机在运行，频率脉冲信号会对电机的正常运行造成干扰。因此在使用电机作为发声装置时，微控制器通过接收到的状态反馈信号预先判断无人机是否处于飞行状态，在无人机是处于飞行状态时，微控制器不会控制驱动器输出长时间高电平信号以及短时间高电平信号。而使用蜂鸣器作为发声装置时，无论无人机是否处于飞行状态，微控制器在得出故障类型后，均会控制驱动器输出长时间高电平信号以及短时间高电平信号，使蜂鸣器鸣叫。采用蜂鸣器也方便摔机、电机损坏等情况下，人员根据鸣叫声及时找回无人机。

此外，本实施例中第一间隔时间、第二间隔时间、第三间隔时间、特定时间、长时间高电平信号持续时间、短时间高电平信号持续时间的长短以及相应比例是通过大量实验，结合眼睛和耳朵的分辨能力，做出的时间最优解。

本申请实施例一种无人机动力系统智能故障指示方法的实施原理为：通过获取状态反馈信号，对照故障指示表得出故障类型，然后根据故障类型做出相应的灯光指示以及声音鸣叫指示，极大的提高了地面操作人员判断故障类型的速度。优先等级的高低设定，方便人员及时判断故障严重程度。

本申请实施例还公开一种无人机动力系统智能故障指示装置。

参照图7，一种无人机动力系统智能故障指示装置，运用于无人机电调内的微控制器中，在动力系统出现故障后，能够利用耦接在电调上的发光装置与发声装置发出对应指示，以使人员能够快速对无人机动力系统中出现的故障进行判断。无人机动力系统智能故障指示装置主要包括：

信号检测模块1，用于获取动力系统的多个状态反馈信号；

异常结果获取模块2，用于对多个状态反馈信号逐个进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；

以及指示模块3，用于基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结果、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立故障指示表，其中，故障指示表中配置有多个故障类型以及与每个故障类型匹配的故障指示类型；

获取动力系统的多个状态反馈信号，并对多个状态反馈信号逐个进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；

基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示。

2.根据权利要求1所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于，故障指示表中还配置有与故障类型对应的优先等级，在基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型后，还包括以下步骤：

判断故障类型的数量，在判断故障类型的数量为多个后，保留优先等级最高的故障类型，删除其他低优先等级的故障类型。

3.根据权利要求1所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于，以灯光的方式进行指示具体为：根据故障指示类型以控制发光装置发出不同次数的灯光闪烁进行指示。

4.根据权利要求3所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于：故障指示类型包括故障位序号以及与故障位序号对应的故障编码，故障编码由故障位序号以及预设的特定值根据供公式：A/B=C……D换算得到，其中A为故障位序号、B为特定值、C为上位编码值、D为下位编码值，上位编码值、下位编码值共同组成故障编码，根据上位编码值以作出第一灯光闪烁指示、根据下位编码值以作出第二灯光闪烁指示。

5.根据权利要求4所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于；

第一灯光闪烁指示：根据上位编码值进行多次长时间光亮指示，每次长时间光亮指示间隔预设的第一间隔时间；

第二灯光闪烁指示：在第一灯光闪烁指示后，间隔预设的第二间隔时间发出，根据下位编码值进行多次短时间光亮指示，每次短时间光亮指示间隔预设的第三间隔时间。

6.根据权利要求5所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于：所述第二灯光闪烁指示后，间隔预设的特定时间段继续发出第一灯光闪烁指示。

7.根据权利要求5所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于：所述第一间隔时间、第三间隔时间的取值范围均为150-350ms，第二间隔时间的取值范围为400-600ms。

8.根据权利要求7所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于：所述特定时间段的取值范围为2500-3500ms。

9.根据权利要求1所述的一种无人机动力系统智能故障指示方法，其特征在于，以声音的方式进行指示具体为：根据故障指示类型以控制发声装置发出不同次数的鸣叫进行指示。

10.一种基于权利要求1-9任意一条所述的无人机动力系统智能故障指示方法的装置，其特征在于，包括：

信号检测模块(1)，用于获取动力系统的多个状态反馈信号；

异常结果获取模块(2)，用于对多个状态反馈信号逐个进行判断，在状态反馈信号出现异常时输出异常结果；以及，

指示模块(3)，用于基于异常结果遍历故障指示表确定故障类型，并将故障指示类型以声音和/灯光的方式进行指示。

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