CN211236740U - 一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器，主要由主控制器、飞行姿态传感模块、位置传感模块、驱动模块、无线模块、能源系统模块组成，且主控制器负责处理飞行姿态传感模块、位置传感模块、驱动模块、无线模块提供的状态信息及数据，实现决策和管理，并将飞行参数及管理情况通过无线通信模块反馈至地面上位机，为地面工作人员提供飞行器的相关状态信息，以根据信息进行及时的相应操作；本实用新型提出的技控制器结构简单、飞行姿态控制稳定，且能源系统采用太阳能光伏供能，滞空时间长，同时太阳能作为洁净的新能源，不仅极大的降低了飞行能源供给成本，同时还实现了飞行过程中碳的零排放。
Description
技术领域
本实用新型属于电子与通信、光伏发电技术领域，具体涉及一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作；与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用：且目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
太阳能电池作为太阳能飞机的能量来源，为太阳能飞机的推进系统和控制设备提供电力支持，然而，由于机体表面积、载重等各方面的限制，机体上所能铺设的电池板数量有限，同时，太阳能电池还是一种非线性电源，其输出会随着外界环境的变化而变化，而且在外界环境一定的条件下存在一个最大功率点。如何提高太阳能电池的利用率，如何使太阳能电池一直工作在最大功率点，对于太阳能飞机的能源管理具有十分重要的意义，为此我们提出一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器，其具有结构简单，飞行姿态控制稳定，且能源系统采用太阳能光伏供能，滞空时间和续航能力更强的优点。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器，主要由主控制器、飞行姿态传感模块、位置传感模块、驱动模块、无线模块、能源系统模块组成。
进一步地，飞行姿态传感模块由三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁阻仪组成；位置传感模块由GPS、气压高度计组成；驱动模块由无刷电机、电子调速器组成；无线通信模块由无线数据传输器及遥控模块组成；能源系统模块由从控制器、MPPT模块、锂电池、SPI隔离接口、DC-DC电路组成，其中MPPT模块由电压采样电路、电流采样电路、Buck电路、驱动电路组成。
进一步地，主控制器负责处理飞行姿态传感模块、位置传感模块、驱动模块、无线模块提供的状态信息及数据，实现决策和管理，并将飞行参数及管理情况通过无线通信模块反馈至地面上位机，为地面工作人员提供飞行器的相关状态信息，以根据信息进行及时的相应操作。
进一步地，从控制器主要负责太阳能飞机能源系统MPPT模块控制，从控制器采用DSP数字信号处理器，MPPT模块主要通过Buck电路来实现对太阳能电池的驱动。太阳能电池的输出进入MPPT模块，电压采样电路和电流采样电路将其电压电流值传送给控制器，从控制器经过计算输出PWM波，PWM波通过驱动电路驱动Buck电路中的开关管，通过控制Buck电路开关管的占空比，以达到阻抗匹配，实现最大功率点跟踪。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提出的太阳能无人机的飞行及能源系统控制器结构简单、飞行姿态控制稳定，且能源系统采用太阳能光伏供能，滞空时间长，用途广泛；同时太阳能作为洁净的新能源，不仅极大的降低了飞行能源供给成本，同时还实现了飞行过程中碳的零排放。
附图说明
图1为本实用新型飞行控制系统框图；
图2为本实用新型能源控制系统框图；
图3为本实用新型MPPT模块框图；
图中：1、主控制器；2、三轴加速度计；3、三轴陀螺仪；4、三轴磁阻仪组成；5、GPS模块；6、气压高度计；7、无刷电机；8、电子调速器；9、无线数据传输器；10、遥控模块；11、从控制器；12、MPPT模块；13、锂电池；14、SPI隔离电路；15、DC-DC电路；16、压采样电路；17、电流采样电路；18、Buck电路；19、PPT驱动电路；20、上位机；21、太阳能电池。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-图3，本实用新型提供一种技术方案：本实用新型为双处理器架构，主控制器选取STM32F7高性能控制芯片，负责处理飞行姿态传感模块、位置传感模块、驱动模块、无线模块提供的状态信息及数据，实现决策和管理，并将飞行参数及管理情况通过无线通信模块反馈至地面上位机，为地面工作人员提供飞行器的相关状态信息，以根据信息进行及时的相应操作。
从处理器可以选择TMSC600系列DSP芯片，主要负责运算和控制机载太阳能电池的最大功率寻优(MPPT)，并与各方进行数据通信，能源系统模块所有的电压信号和电流信号，都由DSP自身的AD口采集进DSP，作为DSP运算的依据。
本实施例中，优选的，飞行姿态传感模块可以采用MPU-6050作为姿态测量传感器，集成了一个三轴陀螺仪和一个三轴加速度计，MPU-6050免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间，三轴磁阻仪选用AK8975传感器(三轴电子罗盘)。
本实施例中，优选的，位置传感模块由GPS模块、气压高度计组成，GPS模块为无人机专用定位模块，支持GPS、北斗双星系统，选择UBX-M8130-KTGPS双系统定位芯片，其中GPS接收机选用NEO-7M接收模块，气压高度计选用MEAS的MS5611-01BA传感器。
本实施例中，优选的，驱动模块由无刷电机、电子调速器组成，是飞行控制系统的重要组成部分，电机通过电子调速器调整转速，从而控制螺旋桨输出动力，无刷电机可选用X2212-13KV:980II外转子无刷电机，电子调速器可选用的BL_S30A。
本实施例中，优选的，无线通信模块由无线数据传输器及遥控模块组成，遥控器选用2.4GWFT07遥控器，配套选用WFR07S收发器；无线数据传输器选用E01-MLOIDPS无线通信模块。
本实施例中，优选的，能源系统模块由从控制器、MPPT模块、锂电池、SPI隔离接口、DC-DC电路组成，其中MPPT模块由电压采样电路、电流采样电路、Buck电路、驱动电路组成。
本实施例中，优选的，MPPT模块输出分为两路，一路经过一个二极管后提供给负载，另一路则供给机载锂电池，DSP通过隔离SPI与锂电池电路中的均衡充电芯片进行通信，并经由该芯片对锂电池的充电进行控制，储能系统经过一个由DSP控制的降压DC-DC电路和二极管后，提供给飞机驱动模块。其中，从控制器与锂电池中的均衡充电芯片的通信采用的是隔离SPI总线。隔离SPI电路型号采用LTC6820。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种太阳能无人机的飞行及能源系统控制器，其特征在于：包括主控制器(1)、飞行姿态传感模块、位置传感模块、驱动模块、无线通信模块和能源系统模块；所述飞行姿态传感模块包括三轴加速度计(2)、三轴陀螺仪(3)和三轴磁阻仪(4)，其中所述三轴加速度计(2)、三轴陀螺仪(3)和三轴磁阻仪(4)逐一与所述主控制器(1)电性连接；所述位置传感模块包括GPS模块(5)和气压高度计(6)，所述GPS模块(5)和气压高度计(6)均与所述主控制器(1)电性连接；所述驱动模块包括无刷电机(7)和电子调速器(8)，所述无刷电机(7)输出端连接有电子调速器(8)，且所述电子调速器(8)与所述主控制器(1)电性连接；所述无线通信模块包括无线数据传输器(9)和遥控模块(10)，所述无线数据传输器(9)和遥控模块(10)均与所述主控制器(1)电性连接，其中所述无线数据传输器(9)与上位机(20)电性连接；所述能源系统模块包括从控制器(11)、MPPT模块(12)、锂电池(13)、SPI隔离电路(14)和DC-DC电路(15)，所述从控制器(11)与所述主控制器(1)电性连接，其中所述MPPT模块(12)、锂电池(13)、SPI隔离电路(14)和DC-DC电路(15)均与所述从控制器(11)电性连接，且所述MPPT模块(12)包括电压采样电路(16)、电流采样电路(17)、Buck电路(18)、驱动电路。
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