CN117411162B - 无人机电池低功耗控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机电池低功耗控制装置及系统，包括主控制电路、低功耗唤醒电路和电池输入控制电路；主控制电路与待控制的无人机电池连接，无人机电池处于低功耗模式；低功耗唤醒电路的一端与外设按键或通信总线连接，另一端与主控制电路连接，用于在外设按键按下或者通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发主控制电路导通，以将无人机电池从低功耗模式唤醒；电池输入控制电路的一端与控制器连接，另一端与主控制电路连接，用于在无人机电池从低功耗模式唤醒后，基于控制器发送的控制信号，经主控制电路控制无人机电池进入工作模式或者低功耗模式。本发明可以显著改善因电池过放而导致的无人机电池寿命缩短这一问题。

Description

无人机电池低功耗控制装置及系统

技术领域

本发明涉及无人机电池管理技术领域，尤其是涉及一种无人机电池低功耗控制装置及系统。

背景技术

目前，相关技术在无人机电池的基础上增加了主控MCU，以实现对无人机电池的智能化管理，延长无人机电池的寿命。但是无人机电池属于易耗部件，电池过放也将造成无人机电池损耗，影响无人机电池的使用寿命，目前尚无相关技术可以改善这一问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机电池低功耗控制装置及系统，可以显著改善因电池过放而导致的无人机电池寿命缩短这一问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机电池低功耗控制装置，包括主控制电路、低功耗唤醒电路和电池输入控制电路；

所述主控制电路与待控制的无人机电池连接，所述无人机电池处于低功耗模式；

所述低功耗唤醒电路的一端与外设按键或通信总线连接，所述低功耗唤醒电路的另一端与所述主控制电路连接，所述低功耗唤醒电路用于在所述外设按键按下或者所述通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发所述主控制电路导通，以将所述无人机电池从低功耗模式唤醒；

所述电池输入控制电路的一端与控制器连接，所述电池输入控制电路的另一端与所述主控制电路连接，所述电池输入控制电路用于在所述无人机电池从低功耗模式唤醒后，基于所述控制器发送的控制信号，经所述主控制电路控制所述无人机电池进入工作模式或者低功耗模式。

在一种实施方式中，所述主控制电路包括NMOS管、第一电阻和PMOS管，所述NMOS管的漏极经所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述PMOS管的栅极连接，所述PMOS管的源极与无人机电池连接；

在所述NMOS管导通的情况下，触发所述PMOS管导通；或者，在所述NMOS管截止的情况下，触发所述PMOS管截止。

在一种实施方式中，所述低功耗唤醒电路包括通信唤醒子电路；

所述通信唤醒子电路的一端与通信总线连接，所述通信唤醒子电路的另一端与所述主控制电路中的NMOS管的栅极连接，所述通信唤醒子电路用于在所述通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发所述主控制电路中的NMOS管、PMOS管导通，以将所述无人机电池从低功耗模式唤醒。

在一种实施方式中，所述通信唤醒子电路包括第一二极管；

所述第一二极管的正极与通信总线连接，所述第一二极管的负极与所述主控制电路的NMOS管的栅极连接；

所述第一二极管在所述通信总线接收到唤醒信号的情况下导通。

在一种实施方式中，所述低功耗唤醒电路包括按键唤醒子电路；

所述按键唤醒子电路的第一端与外设按键连接，所述按键唤醒子电路的第二端与所述主控制电路中的NMOS管的栅极连接，所述按键唤醒子电路用于在所述外设按键按下的情况下，触发所述主控制电路中的NMOS管、PMOS管导通，以将所述无人机电池从低功耗模式唤醒。

在一种实施方式中，所述按键唤醒子电路包括第二电阻、第二二极管、第三电阻、第三三极管；

所述第二二极管的负极经所述第二电阻与外设按键连接，所述第二二极管的正极经所述第三电阻与所述第三三极管的正极连接，所述第三三极管的负极与所述NMOS管的栅极连接；

所述第二二极管、所述第三三极管在所述外设按键按下的情况下导通。

在一种实施方式中，所述按键唤醒子电路的第三端与所述控制器连接；

所述按键唤醒子电路用于在所述无人机电池进入工作模式后，将所述外设按键的按压信号转换为高电平和低电平，以使所述控制器基于所述高电平或所述低电平确定目标电池状态，并控制所述无人机电池进入所述目标电池状态；

其中，所述按压信号包括按下次数和/或按压时长。

在一种实施方式中，所述按键唤醒子电路包括第二电阻、第四二极管、第四电阻和第五电阻；

所述第四二极管的负极经所述第二电阻与外设按键连接，所述第四二极管的正极经所述第四电阻与所述控制器的正极连接，所述第四二极管的正极还经所述第五电阻与外设电源连接；

所述第四二极管在所述外设按键未按下的情况下截止，以使所述控制器识别到高电平；所述第四二极管在所述外设按键按下的情况下导通，以使所述控制器识别到低电平。

在一种实施方式中，所述电池输入控制电路包括第六电阻；

所述第六电阻的一端与控制器连接，所述第六电阻的另一端与所述主控制电路中的NMOS管的栅极连接。

第二方面，本发明实施例还提供一种无人机电池低功耗控制系统，包括第一方面提供的任一项所述的无人机电池低功耗控制装置，还包括与所述无人机电池低功耗控制装置连接的待控制的无人机电池、外设按键、通信总线和控制器。

本发明实施例提供的无人机电池低功耗控制装置及系统，包括主控制电路、低功耗唤醒电路和电池输入控制电路；主控制电路与待控制的无人机电池连接，无人机电池处于低功耗模式；低功耗唤醒电路的一端与外设按键或通信总线连接，低功耗唤醒电路的另一端与主控制电路连接，低功耗唤醒电路用于在外设按键按下或者通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发主控制电路导通，以将无人机电池从低功耗模式唤醒；电池输入控制电路的一端与控制器连接，电池输入控制电路的另一端与主控制电路连接，电池输入控制电路用于在无人机电池从低功耗模式唤醒后，基于控制器发送的控制信号，经主控制电路控制无人机电池进入工作模式或者低功耗模式。上述装置可以通过按键或通信等多重方式对处于低功耗模式的无人机电池进行唤醒，以使无人机电池进入到正常的工作模式，而且上述装置可以控制无人机电池进入低功耗模式，以使无人机电池的功耗降到最低，从而延长无人机电池的寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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方式，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为本发明实施例提供的一种无人机电池低功耗控制装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种无人机电池低功耗控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种CAN标准示意图；

图4为本发明实施例提供的一种无人机电池低功耗控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例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。

目前，无人机电池属于易耗部件，电池过放也将造成无人机电池损耗，影响无人机电池的使用寿命，基于此，本发明实施提供了一种无人机电池低功耗控制装置及系统，可以显著改善因电池过放而导致的无人机电池寿命缩短这一问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人机电池低功耗控制装置进行详细介绍，参见图1所示的一种无人机电池低功耗控制装置的结构示意图，该装置包括主控制电路1、低功耗唤醒电路2和电池输入控制电路3。

在一例中，主控制电路1与待控制的无人机电池连接，无人机电池处于低功耗模式。其中，主控制电路主要包括多个MOS（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金氧半场效晶体管），例如一个NMOS管和一个PMOS管。

在一例中，低功耗唤醒电路2的一端与外设按键或通信总线连接，低功耗唤醒电路2的另一端与主控制电路连接，低功耗唤醒电路2用于在外设按键按下或者通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发主控制电路导通，以将无人机电池从低功耗模式唤醒。在一种实施方式中，当外设按键按下或通信总线接收到唤醒信号时，低功耗唤醒电路2将触发主控制电路1中的NMOS管和PMOS管导通，此时无人机电池将从低功耗模式中唤醒。

在一例中，电池输入控制电路3的一端与控制器连接，电池输入控制电路3的另一端与主控制电路连接，电池输入控制电路3用于在无人机电池从低功耗模式唤醒后，基于控制器发送的控制信号，经主控制电路控制无人机电池进入工作模式或者低功耗模式。其中，控制器也即MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）。在一种实施方式中，在无人机电池从低功耗模式唤醒后，控制器可以发送控制信号，控制信号经主控制电路1中的NMOS管和PMOS管传输至无人机电池，从而控制无人机电池进入工作模式或者低功耗模式。示例性的，当控制信号为高电平时将控制无人机电池进入工作模式，当控制信号为低电平时将控制无人机电池进入低功耗模式。

本发明实施例提供的无人机电池低功耗控制装置，可以通过按键或通信等多重方式对处于低功耗模式的无人机电池进行唤醒，以使无人机电池进入到正常的工作模式，而且上述装置可以控制无人机电池进入低功耗模式，以使无人机电池的功耗降到最低，从而延长无人机电池的寿命。

为便于理解，本发明实施例提供了如图2所示的另一种无人机电池低功耗控制装置的结构示意图，图2示意出了无人机电池低功耗控制装置的具体结构。

在一种实施方式中，主控制电路1包括NMOS管、第一电阻和PMOS管。

请继续参见图2，其中，NMOS管记为Q1，第一电阻记为R1，PMOS管记为Q2，NMOS管Q1的漏极经第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与PMOS管Q2的栅极连接，PMOS管Q2的源极S与无人机电池连接。在实际应用中，在NMOS管Q1导通的情况下，触发PMOS管Q2导通；或者，在NMOS管Q1截止的情况下，触发PMOS管Q2截止。

在一种实施方式中，低功耗唤醒电路2包括通信唤醒子电路。其中，通信唤醒子电路的一端与通信总线连接，通信唤醒子电路的另一端与主控制电路中的NMOS管Q1的栅极连接，通信唤醒子电路用于在通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发主控制电路中的NMOS管Q1、PMOS管Q2导通，以将无人机电池从低功耗模式唤醒。其中，通信总线可以为CAN（Controller Area Network，控制器局域网总线）信号或UART（Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器）信号。本发明实施例通过CAN信号或UART信号把低功耗状态的无人机电池唤醒，唤醒之后通过控制器MCU进行电源的控制，不影响CAN信号或UART信号通信。

请继续参见图2，通信唤醒子电路包括第一二极管，第一二极管记为D1。第一二极管D1的正极与通信总线连接，第一二极管D1的负极与主控制电路1的NMOS管Q1的栅极连接，第一二极管D1在通信总线接收到唤醒信号的情况下导通。具体的，第一二极管D1的正极经MCU_CAN_H端与通信总线连接。

以CAN信号为例，参见图3所示的一种CAN标准示意图，CAN标准包括IOS11898和IOS11519，两者差分电平特性不同，高低电平幅度低，对应的传送速度快。其中，CAN总线为用以传输数据的双向数据线，分为CAN_High和CAN_Low数据线，CAN_High读作CAN高位，CAN_Low读作CAN低位。

在具体实现时，低功耗电池的MCU_CAN_H与外部CAN总线连接时，总线处于隐性状态时，MCU_CAN_H会有2.5V的电平，通过第一二极管D1可以控制NMOS管Q1的导通，Q1导通时控制的PMOS管Q2也导通，此时无人机电池从低功耗模式中唤醒。

在一种实施方式中，低功耗唤醒电路2包括按键唤醒子电路。其中，按键唤醒子电路实现两个主要功能，一是通过按键手动控制电池的上电（也即将无人机电池从低功耗模式唤醒），二是控制器MCU通过按键按下的方式进行电池状态的控制。

功能一，将无人机电池从低功耗模式唤醒。连接关系如下所示：按键唤醒子电路的第一端与外设按键连接，按键唤醒子电路的第二端与主控制电路中的NMOS管Q1的栅极连接，按键唤醒子电路用于在外设按键按下的情况下，触发主控制电路中的NMOS管Q1、PMOS管Q2导通，以将无人机电池从低功耗模式唤醒。

请继续参见图2，按键唤醒子电路包括第二电阻R2、第二二极管D2、第三电阻R3、第三三极管D3。其中，第二二极管D2的负极经第二电阻R2与外设按键SW1连接，第二二极管D2的正极经第三电阻R3与第三三极管D3的正极连接，第三三极管D3的负极与NMOS管Q1的栅极连接；第二二极管D2、第三三极管D3在外设按键按下的情况下导通。

在实际应用中，外设按键SW1按下时，第二二极管D2、第三三极管D3导通，NMOS管Q1导通，通过第一电阻R1和R3的分压，PMOS管Q2的GS电压可以开启PMOS管Q2，此时无人机电池从低功耗模式中唤醒。

功能二，控制器MCU通过按键按下的方式进行电池状态的控制。连接关系如下所示：按键唤醒子电路的第三端与控制器MCU连接；按键唤醒子电路用于在无人机电池进入工作模式后，将外设按键的按压信号转换为高电平和低电平，以使控制器MCU基于高电平或低电平确定目标电池状态，并控制无人机电池进入目标电池状态；其中，按压信号包括按下次数和/或按压时长。

请继续参见图2，按键唤醒子电路还包括第四二极管D4、第四电阻R4和第五电阻R5；第四二极管D4的负极经第二电阻R2与外设按键连接，第四二极管D4的正极经第四电阻R4与控制器MCU的正极连接，第四二极管D4的正极还经第五电阻R5与外设电源连接；第四二极管在外设按键未按下的情况下截止，以使控制器MCU识别到高电平；第四二极管在外设按键按下的情况下导通，以使控制器MCU识别到低电平。其中，MCU_WAKE也即控制器MCU接收到的按压信号。

在实际应用中，外设按键SW1未按下时，D4右边是悬空的，所以MCU_WAKE通过R4和R5连接到了VCC_3V3，所以控制器MCU相当于读到了高电平；外设按键SW1按下时，D4右边相当于接地了，此时R208有电流流过，R208上存在电压（测试小于0.7V），此时控制器MCU_WAKE相当于接到了<0.7V的电平上，这个电压对控制器MCU来说是低电平（电压小于0.3VCC判断为低电平）。控制器MCU通过高电平、低电平的切换次数以及持续时长，即可的值外设按键SW1按下的次数和时长，从而根据预先配置的电池状态与按键按压情况之间的映射关系，对无人机电池的电池状态进行控制。

请继续参见图2，电池输入控制电路3包括第六电阻R6，第六电阻R6的一端与控制器MCU连接，第六电阻R6的另一端与主控制电路1中的NMOS管Q1的栅极连接。在实际应用中，由于电池的输入电压普遍比较高，不能直接通过控制器MCU引脚直接进行PMOS管Q2的控制，需要加一个NMOS管Q1，控制器MCU通过控制NMOS管Q1进行控制PMOS管Q2，进行电源输入的可控。

具体的，对于刚安装完毕的无人机电池，需要先通过CAN或按键等方式进行唤醒，唤醒后控制器MCU会工作，此时控制器MCU把MCU_PWR_ON拉高，即可控制无人机电池进入工作模式，控制器MCU把MCU_PWR_ON拉低，即可控制无人机电池进入低功耗模式。

综上所述，本发明实施例通过控制器MCU与外部电路配合实现无人机电池的低功耗管理，至少具有以下特点：

（1）无人机电池进入低功耗状态后，可以把功耗降到最低，延长无人机电池寿命；

（2）多重方式进行低功耗状态电池的唤醒，通过人工或机器进行唤醒。

在前述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种无人机电池低功耗控制系统，参见图4所示的一种无人机电池低功耗控制系统的结构示意图，包括前述实施例提供的无人机电池低功耗控制装置100，还包括与无人机电池低功耗控制装置100连接的待控制的无人机电池200、外设按键300、通信总线400和控制器500。

本发明实施例提供的无人机电池低功耗控制系统，可以通过按键或通信等多重方式对处于低功耗模式的无人机电池进行唤醒，以使无人机电池进入到正常的工作模式，而且上述装置可以控制无人机电池进入低功耗模式，以使无人机电池的功耗降到最低，从而延长无人机电池的寿命。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的航天器的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，包括主控制电路、低功耗唤醒电路和电池输入控制电路；

所述主控制电路与待控制的无人机电池连接，所述无人机电池处于低功耗模式；其中，所述主控制电路主要包括多个MOS管；

所述低功耗唤醒电路的一端与外设按键或通信总线连接，所述低功耗唤醒电路的另一端与所述主控制电路连接，所述低功耗唤醒电路用于在所述外设按键按下或者所述通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发所述主控制电路导通，以将所述无人机电池从低功耗模式唤醒；其中，所述低功耗唤醒电路包括通信唤醒子电路和按键唤醒子电路；所述通信唤醒子电路的一端与通信总线连接，所述通信唤醒子电路的另一端与所述主控制电路中的NMOS管的栅极连接，所述按键唤醒子电路的第一端与外设按键连接，所述按键唤醒子电路的第二端与所述主控制电路中的NMOS管的栅极连接；

所述电池输入控制电路的一端与控制器连接，所述电池输入控制电路的另一端与所述主控制电路连接，所述电池输入控制电路用于在所述无人机电池从低功耗模式唤醒后，基于所述控制器发送的控制信号，经所述主控制电路控制所述无人机电池进入工作模式或者低功耗模式。

2.根据权利要求1所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述主控制电路包括NMOS管、第一电阻和PMOS管，所述NMOS管的漏极经所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述PMOS管的栅极连接，所述PMOS管的源极与无人机电池连接；

在所述NMOS管导通的情况下，触发所述PMOS管导通；或者，在所述NMOS管截止的情况下，触发所述PMOS管截止。

3.根据权利要求1所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述通信唤醒子电路用于在所述通信总线接收到唤醒信号的情况下，触发所述主控制电路中的NMOS管、PMOS管导通，以将所述无人机电池从低功耗模式唤醒。

4.根据权利要求3所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述通信唤醒子电路包括第一二极管；

所述第一二极管的正极与通信总线连接，所述第一二极管的负极与所述主控制电路的NMOS管的栅极连接；

所述第一二极管在所述通信总线接收到唤醒信号的情况下导通。

5.根据权利要求1所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述按键唤醒子电路用于在所述外设按键按下的情况下，触发所述主控制电路中的NMOS管、PMOS管导通，以将所述无人机电池从低功耗模式唤醒。

6.根据权利要求5所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述按键唤醒子电路包括第二电阻、第二二极管、第三电阻、第三三极管；

所述第二二极管的负极经所述第二电阻与外设按键连接，所述第二二极管的正极经所述第三电阻与所述第三三极管的正极连接，所述第三三极管的负极与所述NMOS管的栅极连接；

所述第二二极管、所述第三三极管在所述外设按键按下的情况下导通。

7.根据权利要求5所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述按键唤醒子电路的第三端与所述控制器连接；

所述按键唤醒子电路用于在所述无人机电池进入工作模式后，将所述外设按键的按压信号转换为高电平和低电平，以使所述控制器基于所述高电平或所述低电平确定目标电池状态，并控制所述无人机电池进入所述目标电池状态；

其中，所述按压信号包括按下次数和/或按压时长。

8.根据权利要求7所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述按键唤醒子电路包括第二电阻、第四二极管、第四电阻和第五电阻；

所述第四二极管的负极经所述第二电阻与外设按键连接，所述第四二极管的正极经所述第四电阻与所述控制器的正极连接，所述第四二极管的正极还经所述第五电阻与外设电源连接；

所述第四二极管在所述外设按键未按下的情况下截止，以使所述控制器识别到高电平；所述第四二极管在所述外设按键按下的情况下导通，以使所述控制器识别到低电平。

9.根据权利要求1所述的无人机电池低功耗控制装置，其特征在于，所述电池输入控制电路包括第六电阻；

所述第六电阻的一端与控制器连接，所述第六电阻的另一端与所述主控制电路中的NMOS管的栅极连接。

10.一种无人机电池低功耗控制系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的无人机电池低功耗控制装置，还包括与所述无人机电池低功耗控制装置连接的待控制的无人机电池、外设按键、通信总线和控制器。