CN210400466U - 一种无人直升机机载环境监测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人直升机机载环境监测电路，该电路包括微处理器、分别与微处理器电性连接的电源调理电路、振动量采集电路、温度量采集电路和通信电路。通信电路与控制中心通讯连接；振动量采集电路包括并联的第一采集电路和第二采集电路，两者包括相同的模拟多路开关和比例放大电路。该电路基于多分布、多数据的采集特点，设计了多组并联的采集电路，利用多路模拟开关将线性隔离电路分时复用，进而减少线性隔离电路的路数；多处利用光耦隔离提高了整个电路的抗干扰能力。利用该电路实时采集数据并发送给控制中心，能够将无人直升机飞行时的环境状态清晰有序地呈现出来，起到预警作用。

Description

一种无人直升机机载环境监测电路

技术领域

本实用新型涉及电路设计领域，具体地说涉及一种无人直升机机载环境监测电路。

背景技术

随着无人机产业的发展，无人机应用到了各行各业，包括侦察、航拍、农业、快递等等领域，这就要求无人机自身的飞行绝对安全可控。

无人直升机系统复杂，机载分系统、部件众多，使得机体内部的环境复杂，各个关键位置环境物理量各异，通过监控这些环境物理量，可以提前预判无人直升机的异常情况。因此需要提供一个用于对无人直升机在飞行期间自身各种环境指标的实时监测系统及其电路，采集振动量、机内各位置温度等数据并传输到控制中心，以便及时发现无人直升机在空中出现的故障，避免造成严重后果。

发明内容

发明目的：本实用新型的目的是提供一种对机体多处振动量、温度等参数进行实时采集并传输到控制中心的无人直升机机载环境监测电路。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一种无人直升机机载环境监测电路，输出到控制中心，包括微处理器、分别与微处理器电性连接的电源调理电路、振动量采集电路、温度量采集电路和通信电路，所述通信电路与控制中心通讯连接；所述振动量采集电路包括并联的第一采集电路和第二采集电路，所述第一采集电路和第二采集电路包括相同的模拟多路开关和比例放大电路。

本实用新型利用上述的环境监测电路，将振动量、温度等参数通过通信电路实时发送到控制中心，由控制中心显示，并判断异常情况，给出报警。针对无人直升机三大关键部位（机头、机尾、飞机重心）的x、y、z三个方向共9路数据的振动量采集，本实用新型将其中的6路数据（三个关键部位x、y两个方向的振动量）通过第一采集电路控制分时采集，另外的3路数据（三个关键部位z方向的振动量）通过第二采集电路控制分时采集。本领域技术人员在不脱离本实用新型发明与案例的基础上，可以对分路设计进行适应性变动，亦可通过增加对其他数据采集的电路，通过采集电路并联且分时采集的方式，将大量数据的采集进行优化。

所述第一采集电路和第二采集电路的模拟多路开关为DG408，所述比例放大电路包括运算放大器和第一隔离线性光耦，保证了两侧电路互不干扰。第一采集电路和第二采集电路将结果分别输出到微处理器。

优选地，所述第一隔离线性光耦为HCNR200。该线性光耦是性价比优良的模拟信号隔离器件，具有低非线性度，典型值为0.1%，最优值为0.01%，低温度系数，宽频带高精度等特点。

本实用新型优选采用的微处理器为STM32F103R8T6芯片，该芯片时钟频率最高可达72MHz，内置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器、3路USART通讯口等多种资源，具有极高的性价比。该芯片的主要作用是负责数据采集和处理以及与控制中心通信等。

所述通信电路的作用是为了将采集到的各种物理量传送给控制中心。所述通信电路包括SP485EEN通信芯片，通信电路与微处理器为串口连接，通信电路的串口连接处设有磁隔离芯片，通信电路的数据输入端设有第二隔离线性光耦；另外，通信电路还设有与外部电路进行隔离的SM712光隔离芯片。

进一步地，所述磁隔离芯片为ADuM3201，是增强的系统级ESD保护性能的双通道数字隔离器，工作温度最高可达125℃，低功耗，3.3 V/5 V电平转换。所述第二隔离线性光耦为TLP785，与微处理器的信号输出端引脚连接。

所述温度量采集电路采集了无人直升机多个部位的温度，其温度传感器主要布置在发动机附近、机身外、机头、机尾、电源等位置。所述温度量采集电路包括模拟多路开关、两级放大电路和第一隔离线性光耦。温度传感器的信号通过模拟多路开关控制分时采集，模拟多路开关的信号输出端连接以两个运算放大器为主的两级放大电路，再经第一隔离线性光耦，最后将采集数据分别连接至微处理器的输入端引脚。

所述电源调理电路外接28V电源，设有用于转化成低电压的电源模块，其作用是将外部28V的电源转换为监测电路所需要的电源12V、5V、3.3V，28V的电源，用于给后续电路供电。

进一步的，所述电源调理电路的作用是将外部28V的电源转换为监测电路所需要的电源12V、5V、3.3V，28V的电源接入到电源模块VRB2412YMD_10WR3和VRB2405YMD_6WR3的输入端，经这两个电源模块分别转换成12V和5V电压，5V电压接入到LM1117-3.3芯片的输入脚，转换成3.3V输出，用于给后续电路供电。

有益效果：本实用新型在设计时充分考虑了无人机环境的复杂性，基于被采集数据的分布，设计了多组并联采集电路，利用多路模拟开关将线性隔离电路分时复用，进而减少线性隔离电路的路数；电路设计中多处利用光耦隔离提高了整个电路的抗干扰能力。利用该电路实时采集数据并发送给控制中心，能够将无人直升机飞行时的环境状态清晰有序地呈现出来，起到预警作用。

附图说明

图1是实施例1的电路构架示意图；

图2是实施例2中微处理系统的芯片引脚示意图；

图3是实施例2中电源调理电路的电路图；

图4是实施例2中第一采集电路的电路图；

图5是实施例2中第二采集电路的电路图；

图6是实施例2中温度量采集电路的电路图；

图7是实施例2中通信电路的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作更进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种无人直升机机载环境监测电路，输出到控制中心，包括微处理器、电源调理电路、振动量采集电路、温度量采集电路和通信电路。其中，振动量采集电路进一步分为并联的第一采集电路和第二采集电路，其与温度量采集电路的输出端共同连接至微处理器，微处理器的输出端与RS485通信电路连接，RS485通信电路经RS485总线与控制中心通讯连接。

其中，第一采集电路和第二采集电路包括相同的模拟多路开关和比例放大电路。在电路上利用多路模拟开关将线性隔离电路分时复用，进而减少线性隔离电路的路数；比例放大电路进一步包括运算放大器和第一隔离线性光耦；温度量采集电路温度量采集电路包括模拟多路开关、两级放大电路和第一隔离线性光耦。

振动量采集电路的数据采集端包括但不限于机头、机尾、飞机重心、发动机等关键设备位置的x、y、z三个方向的振动量数据，若采集数据较多，可以采用并联两路设计，甚至多路并联设计。温度量采集电路的数据采集端包括但不限于发动机附近、机身外、机头、机尾、电源等关键设备位置。

通信电路包括SP485EEN通信芯片，与微处理器串口连接，其串口连接处设有磁隔离芯片，通信电路的数据输入端还设有第二隔离线性光耦。

电源调理电路外接28V电源，设有若干用于转化成12V、5V、3.3V，28V的电源模块。

实施例2

如图1所示，一种无人直升机机载环境监测电路，输出到控制中心，包括微处理器、电源调理电路、9路振动量采集电路、7路温度量采集电路和通信电路。其中，振动量采集电路进一步分为并联的6路第一采集电路和3路第二采集电路，其与温度量采集电路的输出端共同连接至微处理器，微处理器的输出端与RS485通信电路连接，RS485通信电路经RS485总线与控制中心通讯连接，由控制中心实时显示，并判断异常情况，给出报警。

本实施例中的振动量采集电路的输入端为机头、机尾、飞机重心等位置的x、y、z三个方向的振动量数据，其中，机头、机尾、飞机重心的x、y两个方向的振动量共6路数据的采集对应第一采集电路，z方向的振动量共3路数据的采集对应第二采集电路。温度量采集电路的输入端为发动机附近（3个）、机身外、机头、机尾、电源共7个位置的温度传感器。

如图2所示，本实施例的微处理器系统为基于ARM Cortex处理器内核的STM32F103R8T6型号芯片，该芯片时钟频率最高可达72MHz，内置64K的Flash、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器、3路USART通讯口等多种资源，具有极高的性价比。该芯片的主要作用是负责数据采集和处理以及与控制中心通信等。

如图3所示，电源调理电路由三个电源模块（VRB2412YMD_10WR3、VRB2405YMD_6WR3和LM1117-3.3V芯片），以及若干电容组成。VRB2412YMD_10WR3和VRB2405YMD_6WR3的1号引脚（Vin）、2号引脚（GND）连接外部的28V电源，3号引脚、4号引脚输出12V或5V，5V电源同时接入到LM1117-3.3的3号引脚、1号引脚，转换成微处理器需要的3.3V电压。

如图4至图5所示，6路第一采集电路和3路第二采集电路包括相同的模拟多路开关和比例放大电路，电路结构相似，此处以图4的3路第二采集电路为例进行说明：多路模拟开关DG408的10-12号引脚连接三个振动传感器，1、16、15号引脚连接到微处理器STM32F103R8T6的PB12、PB13、PB14引脚来分时控制采集通道，8号引脚连接到第一个运算放大器LM2904的6号引脚。运算放大器的7号引脚通过第一隔离线性光耦HCNR200连接到第二个运算放大器LM2904的6号引脚，LM2904的7号引脚连接到微处理器STM32F103R8T6的AD9。

如图6所示，温度量采集电路包括用于同时接收7路温度信号的模拟多路开关DG408、两级放大电路、以及第一隔离线性光耦HCNR200，采集电路的信号输出端连接至微处理器STM32F103R8T6的PA6引脚。模拟多路开关DG408由微处理器STM32F103R8T6来控制，分时采集各路温度量。模拟多路开关的1、16、15号引脚连接到STM32F103R8T6的PB12、PB13、PB14引脚，5、6、7、9、10、11、12号引脚连接各路温度传感器，8号引脚连接到第一级运算放大器LM2904的3号引脚，第一级运算放大器的1号引脚进而连接到第二级运算放大器LM2904的6号引脚，第二级运算放大器的7号引脚通过线性光耦HCNR200连接到另一个运算放大器LM2904的2号引脚，该运算放大器LM2904的1号引脚连接到微处理器STM32F103R8T6的AD6。

如图7所示，通信电路包括以SP485EEN芯片为主的RS485通讯模块。为提高数据总线的抗干扰能力，SP485EEN芯片与微处理器STM32F103R8T6串口的连接处使用磁隔离芯片ADuM3201进行隔离，与STM32F103R8T6的PA1引脚连接使用第二隔离线性光耦TLP785进行隔离，SP485EEN芯片与外部电路使用光隔离芯片SM712进行隔离。ADuM3201芯片的Voa引脚和Vib引脚分别连接至微处理器STM32F103R8T6的PA3、PA2引脚，Via引脚连接通信芯片SP485EEN的1号引脚，Vob引脚连接通信芯片SP485EEN的4号引脚。通信芯片SP485EEN的6号、7号引脚连接到SM712模块通向外部485总线。

Claims (9)

1.一种无人直升机机载环境监测电路，输出到控制中心，其特征在于：包括微处理器、分别与微处理器电性连接的电源调理电路、振动量采集电路、温度量采集电路和通信电路，所述通信电路与控制中心通讯连接；所述振动量采集电路包括并联的第一采集电路和第二采集电路，所述第一采集电路和第二采集电路包括相同的模拟多路开关和比例放大电路。

2.根据权利要求1所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述微处理器为STM32F103R8T6芯片。

3.根据权利要求2所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述第一采集电路和第二采集电路的模拟多路开关为DG408，所述比例放大电路包括运算放大器和第一隔离线性光耦。

4.根据权利要求3所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述温度量采集电路包括模拟多路开关、两级放大电路和第一隔离线性光耦。

5.根据权利要求4所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述第一隔离线性光耦为HCNR200。

6.根据权利要求1所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述通信电路包括SP485EEN通信芯片，与微处理器为串口连接，通信电路的串口连接处设有磁隔离芯片，通信电路的数据输入端设有第二隔离线性光耦。

7.根据权利要求6所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述磁隔离芯片为ADuM3201。

8.根据权利要求6所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述第二隔离线性光耦为TLP785。

9.根据权利要求1所述的一种无人直升机机载环境监测电路，其特征在于：所述电源调理电路外接28V电源，设有用于转化成低电压的电源模块。

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