CN116566925B - 一种无人机供电交换机 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种无人机供电交换机，涉及无人机供电管理技术领域，一定程度上解决了现有技术中无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆数量繁多的缺陷，降低了不同航电设备及载荷设备与无人机进行数据交互的线缆因接口不同需重新设计的概率。所述无人机供电交换机包括：供电支路，被配置为根据所接收的控制模块的供电控制信号控制供电支路与受电端设备之间的工作状态；交换模块，连接有一个或多个数据传输支路，交换模块被配置为接收控制模块的第一数据信息，并将第一数据信息基于受电端设备分配至相应的数据传输支路；支路信号整合单元，一端与供电支路及相应的数据传输支路相连，另一端与相应的受电端设备相连。
Description
技术领域
本申请涉及无人机供电管理技术领域，尤其涉及一种无人机供电交换机。
背景技术
无人机依据其用途、性能，类型的不同，配置有不同的航电设备及载荷设备，航电设备及载荷设备包括但不限于飞控计算机、MEMS组合导航系统、垂直陀螺，角速率陀螺，大气数据计算机、无线电高度表、链路、光电吊舱等装置，无人机通过携带并连接不同的航电设备及载荷设备，从而实现无人机满足不同领域的任务要求的目的。
现有技术中无人机与航电设备及载荷设备之间需进行电能的供给及数据的传输，而不同的航电设备及载荷设备与无人机之间通过不同的端口实现数据的传输及供电。
随着无人机携带的航电设备及载荷设备种类增加，无人机所需要适配的端口种类也越来越多，而现有技术中无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆数量繁多，不同航电设备及载荷设备与无人机之间实现数据交互的线缆由于接口不同需重新设计。
发明内容
本申请实施例通过提供一种无人机供电交换机，解决了现有技术中无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆数量繁多的缺陷，降低了不同航电设备及载荷设备与无人机进行数据交互的线缆因接口不同需重新设计的概率。
本申请实施例提供了一种无人机供电交换机，包括：
电能供给模块，用于为一个或多个供电支路提供电能；
控制模块，与各所述供电支路及交换模块相连；
供电支路，一端与电能供给模块的输出端电性连接，另一端通过支路信号整合单元与受电端设备相连，被配置为根据所接收的控制模块的供电控制信号控制所述供电支路与受电端设备之间的工作状态；
交换模块，连接有一个或多个数据传输支路，所述交换模块被配置为接收所述控制模块的第一数据信息，并将所述第一数据信息基于受电端设备分配至相应的数据传输支路；
数据传输支路，用于相应受电端设备的数据传输；
支路信号整合单元，一端与所述供电支路及相应的所述数据传输支路相连，另一端与相应的受电端设备相连。
在一种可能的实现方式中，所述交换模块还被配置为接收所述数据传输支路的第二数据信息，并基于所述第二数据信息确定数据流的传输对象，所述传输对象包括一个或多个数据传输支路。
在一种可能的实现方式中，所述交换模块包括地址映射单元，用于基于所述第二数据信息中传输对象的IP地址，建立与IP地址对应的数据传输支路所连端口的映射。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括数据流控制单元，用于控制所述交换模块与各所述数据传输支路间的数据流量的监管、整形及中断。
在一种可能的实现方式中，所述供电控制信号依据预设配置策略或外部指令生成，所述预设配置策略包括所述受电端设备的工作状态；
所述供电支路与受电端设备之间的工作状态包括通电、断电和功率调节。
在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括功率调节信号生成单元，用于基于第二数据信息生成一个或多个所述供电控制信号。
在一种可能的实现方式中，所述供电支路包括PSE控制器，用于基于所述供电控制信号向对应的后级电路供电或断电；
所述PSE控制器包括电信号检测单元，用于输出电压和/或电流的检测，所述PSE控制器被配置为当判断所述检测单元的检测结果异常时，停止向对应的后级电路供电。
在一种可能的实现方式中，所述电能供给模块包括：
多个供电电源，包括一种或多种不同类型的供电设备；
电能切换单元，与多个供电电源电性连接，被配置为根据所述供电电源的供电状态，切换不同供电电源的连通状态；
电能整流单元，与电能切换单元电性连接，被配置为基于连通的供电电源的类型，对供电电源提供的电能进行整流、稳压和/或滤波。
在一种可能的实现方式中，所述支路信号整合单元的输出端连接有网络接口，所述网络接口提供以太网的物理接口，用于与受电端设备相连。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例通过采用了控制模块控制供电支路与受电端设备之间的电能的通断，同时，控制模块控制交换模块朝向连接的受电端设备传输数据，通过支路信号整合单元将供电支路与数据传输支路相连，从而将供电线缆与数据传输线缆进行整合，减少线缆的布设数量；之后通过支路信号整合单元传递至受电端设备，减少无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆种类，降低了不同航电设备及载荷设备间的数据交互因接口不同需要重新设计的概率，提高维护无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆的便利性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的一些实施例，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为现有技术中的无人机供电交换机的结构图；
图2为现有技术中的无人机供电交换机的数据传输支路的流程图；
图3为本申请实施例提供的无人机供电交换机的结构图；
图4为现有技术中的无人机与航电设备及载荷设备连接的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的无人机与航电设备及载荷设备连接的结构示意图。
附图标记：10、电能供给模块；101、供电电源；102、电能切换单元；103、电能整流单元；20、控制模块；30、供电支路；301、汇流条；302、PSE控制器；40、交换模块；50、数据传输支路；60、支路信号整合单元；601、POE变压器；602、网络接口。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，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，都属于本申请保护的范围。
参照图1、图2和图3，图1为现有技术中的无人机供电交换机的结构图；图2为现有技术中的无人机供电交换机的数据传输支路的流程图；图3为本申请实施例提供的无人机供电交换机的结构图。
在一些实施例中，本申请提供了一种无人机供电交换机，其包括电能供给模块10、控制模块20、供电支路30、交换模块40、数据传输支路50和支路信号整合单元60。
电能供给模块10用于为一个或多个供电支路30提供电能；控制模块20与各供电支路30及交换模块40相连。
供电支路30的一端与电能供给模块10的输出端电性连接，供电支路30的另一端通过支路信号整合单元60与受电端设备连接，供电支路30被配置为根据所接收的控制模块20的供电控制信号控制供电支路30与受电端设备之间的工作状态。受电端设备包括用于与无人机连接的MEMS组合导航系统、垂直陀螺，角速率陀螺，大气数据计算机、无线电高度表、链路、光电吊舱等航电设备及载荷设备。
交换模块40连接有一个或多个数据传输支路50，交换模块40被配置为接收控制模块20的第一数据信息，并将第一数据信息基于受电端设备分配至相应的数据传输支路50。
数据传输支路50用于相应受电端设备的数据传输，数据传输支路50包括以太网PHY；支路信号整合单元60的一端与供电支路30及相应的数据传输支路50相连，支路信号整合单元60的另一端与相应的受电端设备相连。
通过采用了控制模块20控制供电支路30与受电端设备之间的电能的通断，同时，控制模块20控制交换模块40朝向连接的受电端设备传输数据，通过支路信号整合单元60将供电支路30与数据传输支路50相连，从而将供电线缆与数据传输线缆进行整合，减少线缆的布设数量；之后通过支路信号整合单元60传递至受电端设备，减少无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆种类，降低了不同航电设备及载荷设备间的数据交互因接口不同需要重新设计的概率，提高维护无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆的便利性。
在一些实施例中，本申请实施例提供的电能供给模块10包括：多个供电电源101、电能切换单元102和电能整流单元103。
多个供电电源101包括一种或多种不同类型的供电设备，供电电源101包括电池、地面电源、发动机及发电机等供电设备。
电能切换单元102与多个供电电源101电性连接，被配置为根据供电电源101的供电状态，切换不同供电电源101的连通状态，电能切换单元102用于对电池、地面电源、发动机及发电机等供电设备进行电源冗余及切换。
电能整流单元103与电能切换单元102电性连接，被配置为基于连通的供电电源101的类型，对供电电源101提供的电能进行整流、稳压和/或滤波。
示例性的，在当前输入的供电电源101为电池时，当发电机作为供电电源101开始供电后，电能切换单元102依据预设配置策略，断开电池作为供电电源101的通路，并接通发电机作为供电电源101的通路，同时将发电机作为供电电源101输出的交流电送入电能整流单元103进行整流、稳压，从而输出较为稳定的直流电；当发电机停止供电后，电能切换单元102断开发电机作为供电电源101的通路，并接通电池作为供电电源101的通路，将电池作为供电电源101输出的电能送入电能整流单元103进行滤波，从而输出稳定且满足后续受电端设备正常工作的直流电。
在一些实施例中，本申请提供的交换模块40还被配置为接收数据传输支路50的第二数据信息，并基于第二数据信息确定数据流的传输对象，其中，传输对象包括一个或多个数据传输支路50，第二数据信息包括但不限于受电端设备的种类、受电端设备运行时所需的功率损耗及受电端设备运行过程中传输的数据信息中的至少一种，第二数据信息还包括受电端设备的IP地址。
在一些实施例中，本申请实施例提供的交换模块40还包括地址映射单元，地址映射单元被配置为基于第二数据信息中受电端设备的IP地址，建立与受电端设备的IP地址对应的数据传输支路50所连端口的映射。
通过地址映射单元在交换模块40处建立受电端设备运行过程需要数据传输的IP地址所需端口的映射，从而方便交换模块40与相应的数据传输支路50进行通信，一定程度上能够根据受电端设备的不同类型实时调整建立的端口对应的映射，实现不同受电端设备之间的数据传输，避免了不同受电端设备间因端口类型不同进行数据传输时需要进行端口类型的转换的概率，同时也能提高交换模块40与数据传输支路50连接的便利性。
参照图4和图5，图4为现有技术中的无人机与航电设备及载荷设备连接的结构示意图；图5为本申请实施例提供的无人机与航电设备及载荷设备连接的结构示意图。
在一些实施例中，本申请提供的控制模块20包括数据流控制单元，数据流控制单元被配置为执行交换模块40与各数据传输支路50间的数据流量的监管、整形及中断。
供电控制信号依据预设配置策略或外部指令生成；预设配置策略包括受电端设备的工作状态；外部指令包括飞控指令、任务计算机指令、地面站指令以及人为输入的指令等中的至少一种；供电支路30与受电端设备之间的工作状态包括通电、断电和功率调节。
控制模块20包括功率调节信号生成单元，调节信号生成单元被配置为基于第二数据信息生成一个或多个供电控制信号。
基于第二数据信息生成的供电控制信号实施为控制与传递第二数据信息的数据传输支路50相对应的供电支路30和/或其他供电支路30的供电情况。
示例性的，在受电端设备为光电吊舱，其中光电吊舱拥有可见光及红外探测两种模式，当光电吊舱检测到光照度过低时，需要依据光照度不同将可见光切换为红外探测，该切换过程会引起功率变化，此时，通过将光电吊舱对环境光的检测信息作为第二数据信息之一传输至控制模块20生成相应的供电控制信号，调控光电吊舱所在供电支路30的供电情况，供电支路30调整供电功率从而满足光电吊舱的正常运行。在受电端设备为雷达时，当依据雷达数据检测到地形变化时，需要进行扫描模式切换，导致功率变化，控制模块20基于雷达检测到的地形变化的数据信息生成雷达所在供电支路30的供电控制信号，使该供电支路30调整供电功率从而满足雷达的正常运行。
在另一具体实施例中，在作为受电端设备的A设备依据获取的数据，通过交换模块40将获取的数据传输至另一个受电端设备的B设备，同时发送第二数据信息至控制模块20，控制模块20基于第二数据信息判断需要切换B设备的工作状态时，则会在通过交换模块40输出针对B设备的模式切换指令的同时生成供电控制信号，B设备对应的供电支路30接收供电控制信号调整供电输出，以便适应B设备输出改变后的功率，从而使得B设备可以基于A设备的数据反馈自适应地调节工作状态的同时实现供电的自适应调配。
通过控制模块20获取数据传输支路50的第二数据信息，并基于第二数据信息获得受电端设备的工作状态，基于获取的受电端设备的工作状态实现控制模块20对供电支路30与受电端设备之间的工作状态进行调节，从而根据受电端设备的工作状态生成对应的供电控制信号，并根据供电控制信号调节供电支路30输出至受电端设备的功率，一定程度上提高了无人机受电端设备供电的可靠性和适用性；同时，控制模块20还能够根据第二数据信息识别受电端设备的类型，从而控制与受电端设备类型相连通的交换模块40的端口与受电端设备进行数据传递，提高受电端设备与交换模块40之间传输数据的效率。
在一些实施例中，本申请提供的供电支路30包括汇流条301和PSE控制器302。汇流条301一端与电能供给模块10的输出端电性连接，汇流条301的另一端通过PSE控制器302与各个受电端设备电性连接。
PSE控制器302的英文全称是Power Sourcing Equipment，即表示供电端设备。PSE控制器302用于基于供电控制信号控制对应的后级电路供电或断电；PSE控制器302包括电信号检测单元，用于输出电压和/或电流的检测，PSE控制器302被配置为当电信号检测单元的检测结果判断为异常时，停止向对应的后级电路供电。当受电端设备所需电能功率大于70W时，通过两根供电支路30构成主备接口对该受电端设备进行供电，以便于实现调节对应受电端设备的功率的目的。
PSE控制器302与控制模块20连通后，执行的工作状态包括检测、评估、供电、电能更改、数据交换、断电及异常处理。
在PSE控制器302执行检测过程时，PSE控制器302朝向连接受电端设备的端口输出很小的电压，直到PSE控制器302的端口检测到线缆终端连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。
在PSE控制器302执行评估过程时，当PSE控制器302检测到受电端设备之后，PSE设备为受电端设备进行分类，并且评估对应受电端设备所需的功率损耗。例如光电设备依据光照度不同，使用光源不同则功率不同，光电设备向配电交换机CPU模块发送通知，配电交换机据此实时调整供电功率。
在PSE控制器302执行供电过程时，在一个可配置时间的启动期内，PSE控制器302开始从低电压向受电端设备供电，直至提供稳定可靠的48V直流电源，启动期的时长小于15μs。
在PSE控制器302执行电能更改过程时，由于待检测的地形高度变化，引起作为受电端设备的雷达的扫描模式切换，之后雷达的功率由50W增至120W，雷达将功率变化的作为第二数据信息传递至控制模块20，控制模块20控制第二路供电支路30朝向连接雷达的接口位置供电，从而方便功率提高后的雷达正常工作。
在PSE控制器302执行数据交换过程时，受电端设备为光电吊舱，光电吊舱获取当前光电数据，通过交换模块40将数据发送至无人机飞控计算机，同时发送第二数据信息至控制模块20，控制模块20依据第二数据信息切换无人机飞控计算机输出功率，反之无人机飞控计算机亦可通过控制控制模块20进而调节供电支路30的输出实现功率变换。
在PSE控制器302执行断电过程时，若受电端设备与供电支路30的端口断开连接时，PSE控制器302在300～400ms之内停止为对应的受电端设备供电，并重复检测过程以检测端口是否连接受电端设备。
在PSE控制器302执行异常处理过程时，在PSE控制器302工作过程中，PSE控制器302持续监测输出电压及电流，当检测结果出现受电设备超载或短路等异常时，PSE控制器302自动断开供电支路30与受电端设备的通路，无需传递至控制模块20处理，从而减少处理异常状态的响应时间。
在一些实施例中，本申请提供的支路信号整合单元60包括POE变压器601，POE的英文全称是Power Over Ethernet，表示基于局域网的供电系统。POE变压器601的输入端与供电支路30电性连接，同时也与数据传输支路50电性连接，用于整合数据流和电源的电能输出，可实现电能及数据流单独或同时输出。
支路信号整合单元60的输出端连接有网络接口602，网络接口602提供以太网的物理接口，用于与受电端设备相连，网络接口602包括100/1000M网口。
通过将支路信号整合单元60的输出端的网络接口602设置为统一接口，从而通过一根线缆实现一对多的数据交换的目的；同时也整合了电源线缆与数据线缆；由此可以极大的减少无人机与航电设备及载荷设备之间的线缆数量，降低了无人机设计、布线及生产的工作量，提高后续在维护无人机过程中的效率。
在一些实施例中，基于上述技术方案中公开的无人机供电交换机，本申请还提供了一种无人机供电交换方法，其包括：步骤1、步骤2、步骤3和步骤4。
步骤1，电能供给模块10为一个或多个供电支路30提供电能；控制模块20与各所述供电支路30及交换模块40相连。
步骤2，供电支路30的一端与电能供给模块10的输出端电性连接，供电支路30的另一端通过支路信号整合单元60与受电端设备相连，根据所接收的控制模块20的供电控制信号控制所述供电支路30与受电端设备之间的工作状态。
步骤3，交换模块40连接有一个或多个数据传输支路50，接收所述控制模块20的第一数据信息，并将所述第一数据信息基于受电端设备分配至相应的数据传输支路50；数据传输支路50用于相应受电端设备数据传输。
步骤4，支路信号整合单元60的一端与供电支路30及相应的数据传输支路50相连，支路信号整合单元60的另一端与相应的受电端设备相连。
本申请实施例通过采用了控制模块20控制供电支路30与受电端设备之间的电能的通断，同时，控制模块20控制交换模块40朝向连接的受电端设备传输数据，通过支路信号整合单元60将供电支路30与数据传输支路50相连，从而将供电线缆与数据传输线缆进行整合，减少线缆的布设数量；之后通过支路信号整合单元60传递至受电端设备，减少无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆种类，降低了不同航电设备及载荷设备间的数据交互因接口不同需要重新设计的概率，提高维护无人机与航电设备及载荷设备之间连接的线缆的便利性。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。本实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照本实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
上述实施例阐明的装置或模块，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。当然，也可以将实现某功能的模块由多个子模块或子单元组合实现。
本申请所述装置中的部分模块可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种无人机供电交换机，其特征在于，包括：
电能供给模块(10)，用于为一个或多个供电支路(30)提供电能；
控制模块(20)，与各所述供电支路(30)及交换模块(40)相连；
供电支路(30)，一端与电能供给模块(10)的输出端电性连接，另一端通过支路信号整合单元(60)与受电端设备相连，被配置为根据所接收的控制模块(20)的供电控制信号控制所述供电支路(30)与受电端设备之间的工作状态；所述供电控制信号依据预设配置策略或外部指令生成，所述预设配置策略包括所述受电端设备的工作状态；
交换模块(40)，连接有一个或多个数据传输支路(50)，所述交换模块(40)被配置为接收所述控制模块(20)的第一数据信息，并将所述第一数据信息基于受电端设备分配至相应的数据传输支路(50)；
数据传输支路(50)，用于相应受电端设备的数据传输；
支路信号整合单元(60)，一端与所述供电支路(30)及相应的所述数据传输支路(50)相连，另一端与相应的受电端设备相连。
2.根据权利要求1所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述交换模块(40)还被配置为接收所述数据传输支路(50)的第二数据信息，并基于所述第二数据信息确定数据流的传输对象，所述传输对象包括一个或多个数据传输支路(50)。
3.根据权利要求2所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述交换模块(40)包括地址映射单元，用于基于所述第二数据信息中传输对象的IP地址，建立与所述传输对象的IP地址相对应的数据传输支路(50)所连端口的映射。
4.根据权利要求1所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述控制模块(20)包括数据流控制单元，用于执行所述交换模块(40)与各所述数据传输支路(50)间的数据流量的监管、整形及中断。
5.根据权利要求2所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述供电支路(30)与受电端设备之间的工作状态包括通电、断电和功率调节。
6.根据权利要求5所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述控制模块(20)包括功率调节信号生成单元，用于基于第二数据信息生成一个或多个所述供电控制信号。
7.根据权利要求1所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述供电支路(30)包括PSE控制器(302)，用于基于所述供电控制信号向对应的后级电路供电或断电；
所述PSE控制器(302)包括电信号检测单元，用于输出电压和/或电流的检测，所述PSE控制器(302)被配置为当判断所述检测单元的检测结果异常时，停止向对应的后级电路供电。
8.根据权利要求1所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述电能供给模块(10)包括：
多个供电电源(101)，包括一种或多种不同类型的供电设备；
电能切换单元(102)，与多个供电电源(101)电性连接，被配置为根据所述供电电源(101)的供电状态，切换不同供电电源(101)的连通状态；
电能整流单元(103)，与电能切换单元(102)电性连接，被配置为基于连通的供电电源(101)的类型，对供电电源(101)提供的电能进行整流、稳压和/或滤波。
9.根据权利要求1至8任一所述的无人机供电交换机，其特征在于，所述支路信号整合单元(60)的输出端连接有网络接口(602)，所述网络接口(602)提供以太网的物理接口，用于与受电端设备相连。
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