CN209581889U - 一种应用于无人机的机载采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种应用于无人机的机载采集装置，包括采集器，所述采集器包括核心板，以及核心板连接的无线通讯模块、RTC时钟电路、看门狗电路，所述RTC时钟电路用于向核心板提供时钟信息；所述看门狗电路用于监测核心板的运行情况，实现异常复位；所述核心板还连接多个UART接口，通过UART接口安装气象监测传感器。本实用新型所述的应用于无人机的机载采集装置可以应用在无人机上，通过多路UART串口连接传感器组件，可以有效的实现大气或者气象数据的采集，既可以应用于固定翼无人机也可以应用于旋翼无人机。

Description

一种应用于无人机的机载采集装置

技术领域

本实用新型属于机载采集器技术领域，尤其是涉及一种应用于无人机的机载采集装置。

背景技术

由于现有各种气象观测手段的局限性，无人机机载气象探测系统有很广的应用范围和很强的补充性。使用无人机作为载具突破了原有固定或者车载气象探测的模式，其一次飞行最大可以对平面半径3-5千米的范围进行气象观测。可以实现快速应急响应，并能够进入人员无法达到或者存在人身安全的环境进行观测。其垂直飞行高度最大可以达到3-5千米，垂直测量范围可以涵盖地面气象到边界层观测，再到一部分的高空气象观测。可以有效的补充地面观测和高空观测之间，0-3千米范围的观测空白。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种应用于无人机的机载采集装置，以解决现在缺少应用在无人机上的机载采集器的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种应用于无人机的机载采集装置，包括采集器，所述采集器包括核心板，以及核心板连接的无线通讯模块、RTC时钟电路、看门狗电路，所述RTC时钟电路用于向核心板提供时钟信息；

所述看门狗电路用于监测核心板的运行情况，实现异常复位；

所述核心板还连接多个UART接口，通过UART接口安装气象监测传感器。

进一步的，还包括供电电源，以及第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路，通过第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路为不同的电路进行供电；

所述第一电压转换电路包括K7812电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为12V直流电；

所述第二电压转换电路包括TPS54331电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为5V直流电；

所述第三电压转换电路包括K7803电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为3.3V直流电。

进一步的，所述核心板包括ARM Cortex-A7内核架构的Freescale i.MX6系列处理器；

所述看门狗电路包括SP706REN芯片，该芯片的RESET管脚连接处理器的MX6_POR_B管脚。

进一步的，所述RCT时钟电路的SCL、SDA管脚通过I2C总线连接处理器的SCL、SDA管脚。

进一步的，还包括存储模块，所述存储模块包括EEPROM存储模块和TF卡存储模块；

所述EEPROM存储模块通过IIC总线连接核心板；

所述TF卡存储模块通过SPI总线连接核心板。

进一步的，所述UART串口包括7个RS232接口和2个RS485/RS232接口；

所述核心板还连接一个USB接口和一个CAN接口。

进一步的，所述无线通讯模块包括蓝牙模块和433M通信模块，所述蓝牙模块和433M通信模块都通过RS232接口连接核心板。

进一步的，所述核心板还连接GPS模块，所述GPS模块为L70或者L80。

进一步的，还包括用于安装采集器的安装组件，所述安装组件包括U型板，所述U型板水平放置，凹槽朝向后方，所述采集器安装在凹槽内；

所述U型板的上方板的后端斜向上倾斜形成连接板，所述连接板的顶部焊接有安装板，所述安装板通过螺栓安装在无人机的下方。

进一步的，所述U型板的前端为弧形结构，所述U型板的下方板的后端侧面设有向上弯折的挡板，所述挡板上设有螺栓孔，采集器侧面设有对应的螺栓孔，采集器通过螺栓固定在两个挡板之间；

所述挡板的上方向外侧弯折90°形成放置板，所述放置板上用于安装气象监测传感器。

相对于现有技术，本实用新型所述的应用于无人机的机载采集装置具有以下优势：

(1)本实用新型所述的应用于无人机的机载采集装置可以应用在无人机上，通过多路UART串口连接传感器组件，可以有效的实现大气或者气象数据的采集，既可以应用于固定翼无人机也可以应用于旋翼无人机。

(2)本实用新型所述的应用于无人机的机载采集装置专门设有安装组件，不仅可以有效的安装采集器，还可以安装传感器组件。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的采集器原理框图；

图2为本实用新型实施例所述的供电电源及电压转换电路的电路图；

图3为本实用新型实施例所述的处理器电路图；

图4为本实用新型实施例所述的RTC时钟电路的电路图；

图5为本实用新型实施例所述的看门狗电路的电路图；

图6为本实用新型实施例所述的433M通信模块的电路图；

图7为本实用新型实施例所述的蓝牙模块的电路图；

图8为本实用新型实施例所述的GPS(L70)电路图；

图9为本实用新型实施例所述的安装组件结构图；

图10为本实用新型实施例所述的采集器的简易结构图。

附图标记说明：

1、U型板；2、挡板；3、放置板；4、弧形结构；5、连接板；6、安装板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，一种应用于无人机的机载采集装置，包括采集器，所述采集器包括核心板，以及核心板连接的无线通讯模块、RTC时钟电路、看门狗电路，所述RTC时钟电路用于向核心板提供时钟信息；

所述看门狗电路用于监测核心板的运行情况，实现异常复位；

所述核心板还连接多个UART接口，通过UART接口安装气象监测传感器。

如图2所示，还包括供电电源，以及第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路，通过第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路为不同的电路进行供电；

所述第一电压转换电路包括K7812电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为12V直流电；

所述第二电压转换电路包括TPS54331电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为5V直流电；

所述第三电压转换电路包括K7803电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为3.3V直流电。

(1)K7812：为DC-DC电源模块，芯片始终输出12V。该芯片电压输入范围为Vin＝Vout+1V～36V，输出电流最大1000mA，转换效率90％。

(2)K7803：为DC-DC电源模块，芯片始终输出3.3V。该芯片电压输入范围为Vin＝Vout+1V～36V，输出电流最大500mA，转换效率90％。

(3)TPS54331：为DC-DC电源芯片，配合外围电路芯片可调输出5V。该芯片电压输入范围为Vin＝Vout+1V～28V，输出电流最大3A，转换效率90％。

输入项：

(1)K7812：由外部电池供电，15V～24V电压输入。

(2)K7803：由外部电池供电，15V～24V电压输入。

(3)TPS54331：由外部电池供电，15V～24V电压输入。

输出项：

(1)K7812：输出+12V直流电。

(2)K7803：输出+3.3V直流电。

(3)TPS54331：输出+5V直流电。

限制条件：

(1)输入电压：控制在15V～24V之间。

(2)电流限制：整个系统最大负载电流不得大于1.5A，12V电源最大负载不得大于1A。5V系统不得大于3A，3.3V电源最大负载不得大于500mA，如果超过此限制，可能会导致系统供电不足，出现运行异常，最坏时可能导致硬件烧毁。

如图1，图3所示，核心板为系统核心，采用Freescale i.MX6系列高性能、超高效处理器，先进的ARM Cortex-A7内核，运行速度高达528MHz。

(a)协调控制各功能模块的工作。

(b)对保留数据进行储存，对临时数据进行暂存，以便于计算。

(c)保留软时钟，以保证按时处理任务。

(d)通过串口，与智能采集器进行通信

如图3，图5所示，所述看门狗电路包括SP706REN芯片，该芯片的RESET管脚连接处理器的MX6_POR_B管脚。

看门狗复位电路：

本模块负责在核心板出现异常时，对系统进行复位、电压控制等处理，以保证和恢复系统的正常运行。是系统解除异常的一种重要措施，在系统中占有比较重要的地位。

本模块包含以下功能：

(1)当核心板出现程序死锁等故障时，对核心板进行复位，以恢复核心板故障，使核心板正常运行。

(2)当+3V供电较低时，对核心板进行复位，供电恢复正常时，使核心板重新工作，以保证核心板运行正常。

采用SP706REN看门狗芯片，该芯片采用3V电压供电，内置1.6秒定时器、电压比较器、电源电压比较器。复位信号低电平有效，信号宽度200ms。

看门狗电路输入项：

SP706REN共有3个输入项：

(1)电源输入：为标准+3.3V供电，当电压小于2.63V时，该芯片输出复位信号，以保护核心板程序运行正常。

(2)喂狗信号输入：核心板每隔1.6秒内，必须给SP706REN第六管脚一个高电平的喂狗信号。否则，当SP706REN内部1.6秒定时器溢出时，将给核心板一个200ms的复位信号，使核心板复位。

输出项：

(1)复位信号：当出现以上情况的异常时，SP706REN将在RESET管脚上输出低电平，持续时间为200ms，以保证核心板复位完全，恢复到正常运行状态。

限制条件：

(2)电源：为保证SP706REN的正常运行，在正常情况下，3.3V电压必须保证不得低于2.7V。

如图3，图4所示，所述RCT时钟电路的SCL、SDA管脚通过I2C总线连接处理器的SCL、SDA管脚。

还包括存储模块，所述存储模块包括EEPROM存储模块和TF卡存储模块；

所述EEPROM存储模块通过IIC总线连接核心板；

所述TF卡存储模块通过SPI总线连接核心板。

所述UART串口包括7个RS232接口和2个RS485/RS232接口；所述核心板还连接一个USB接口和一个CAN接口。

由于本系统使用串口通信方式实现，设备和智能采集器之间的命令和数据的交互。由于涉及到两台设备能否协调正常工作，该模块在系统中有较重的地位。

通过3线的RS-232电平总线，实现设备和智能采集器之间的数据通信。

串口电平转换芯片：采用SP3232E芯片。

(1)该模块为+3V～+5.5V直流供电。

(2)内置升压电路，能依靠+3V的电源供电，实现±15V的RS-232电平输出。

(3)最高可以支持235Kbps的传输速率。

(4)低功耗设计，静态电流仅为1μA。

SP3232E采用+3V供电，保证其升压电路匹配电容连接良好，保证其3线串口通信线路连接正确。

如图1，图3，图6，图7所示，所述无线通讯模块包括蓝牙模块和433M通信模块，所述蓝牙模块和433M通信模块都通过RS232接口连接核心板。

如图5所示，通过433M网络将系统状态信息下传到地面站，因此需要采用433M通讯模块，该模块在系统中有较重的地位。通过RS-232串口与核心板进行连接，实现设备到中心服务器的数据通信。

串口电平转换芯片：采用F8L10D模块。

(1)该模块为+5V直流供电。

(2)高接收灵敏度，通信距离更远。

(3)多数据自动分包传输，保证数据包的完整不丢失。

所述核心板还连接GPS模块，所述GPS模块为L70或者L80，图8中为L70与处理器的连接电路图。

如图9，图10所示，采集装置还包括用于安装采集器的安装组件，所述安装组件包括U型板1，所述U型板1水平放置，凹槽朝向后方，凹槽内用于放置采集器；

所述U型板1的上方板的后端斜向上倾斜形成连接板5，所述连接板5的顶部焊接有安装板6，所述安装板6通过螺栓安装在无人机的下方。

所述U型板1的前端为弧形结构4，弧形结构4即对应采集器的前端弧形部，又可以减少运行时的阻力，所述U型板1的下方板的后端侧面设有向上弯折的挡板2，所述挡板2上设有螺栓孔，采集器侧面设有对应的螺栓孔，采集器通过螺栓固定在两个挡板2之间；

所述挡板2的上方向外侧弯折90°形成放置板3，所述放置板3上用于安装气象监测传感器，如大气成分传感器、超声风传感器等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：包括采集器，所述采集器包括核心板，以及核心板连接的无线通讯模块、RTC时钟电路、看门狗电路，所述RTC时钟电路用于向核心板提供时钟信息；

所述看门狗电路用于监测核心板的运行情况，实现异常复位；

所述核心板还连接多个UART接口，通过UART接口安装气象监测传感器。

2.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：还包括供电电源，以及第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路，通过第一电压转换电路、第二电压转换电路、第三电压转换电路为不同的电路进行供电；

所述第一电压转换电路包括K7812电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为12V直流电；

所述第二电压转换电路包括TPS54331电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为5V直流电；

所述第三电压转换电路包括K7803电压转换芯片，用于将15V-24V直流电转换为3.3V直流电。

3.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：所述核心板包括ARM Cortex-A7内核架构的Freescale i.MX6系列处理器；

所述看门狗电路包括SP706REN芯片，该芯片的RESET管脚连接处理器的MX6_POR_B管脚。

4.根据权利要求3所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：所述RTC时钟电路的SCL、SDA管脚通过I2C总线连接处理器的SCL、SDA管脚。

5.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：还包括存储模块，所述存储模块包括EEPROM存储模块和TF卡存储模块；

所述EEPROM存储模块通过IIC总线连接核心板；

所述TF卡存储模块通过SPI总线连接核心板。

6.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：所述UART串口包括7个RS232接口和2个RS485/RS232接口；

所述核心板还连接一个USB接口和一个CAN接口。

7.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：所述无线通讯模块包括蓝牙模块和433M通信模块，所述蓝牙模块和433M通信模块都通过RS232接口连接核心板。

8.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：所述核心板还连接GPS模块，所述GPS模块为L70或者L80。

9.根据权利要求1所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：还包括用于安装采集器的安装组件，所述安装组件包括U型板(1)，所述U型板(1)水平放置，凹槽朝向后方，所述采集器安装在凹槽内；

所述U型板(1)的上方板的后端斜向上倾斜形成连接板(5)，所述连接板(5)的顶部焊接有安装板(6)，所述安装板(6)通过螺栓安装在无人机的下方。

10.根据权利要求9所述的应用于无人机的机载采集装置，其特征在于：所述U型板(1)的前端为弧形结构(4)，所述U型板(1)的下方板的后端侧面设有向上弯折的挡板(2)，所述挡板(2)上设有螺栓孔，采集器侧面设有对应的螺栓孔，采集器通过螺栓固定在两个挡板(2)之间；

所述挡板(2)的上方向外侧弯折90°形成放置板(3)，所述放置板(3)上用于安装气象监测传感器。