CN211291331U - 一种无人机舵机位置监测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机舵机位置监测电路，包括数字信号处理单元、功率电源检测单元、位置传感器、差分接收单元位置解码单元和供电单元；本实用新型结构简单、工作可靠，设置功率电源检测单元，为位置传感器的调零提供基准，提高位置监测的精度和可靠性；数字地、功率地分开设计，提高了电路的抗干扰性；各单元选用芯片可靠性高，满足无人机系统高效、实时、准确的需求。

Description

一种无人机舵机位置监测电路

技术领域

本实用新型涉及舵机智能控制技术领域，尤其涉及一种无人机舵机位置监测电路。

背景技术

舵机作为用于控制飞行系统飞行姿态和轨迹的伺服机构，其性能直接影响到飞行系统的性能。舵机的控制原理是接收上位机给出的控制信号，由舵机控制系统输出舵面偏转指令，以操纵舵面相应偏转，从而改变飞行系统的飞行姿态和轨迹。

在舵机运行过程中，需要通过角度传感器实时监测舵机位置信号，结合预设位置信息，对舵机进行位置补偿控制，以保证舵机安全、精准运行；在现有技术中，对舵机位置的监测精度不高、可靠性低、抗干扰性不强。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种无人机舵机位置监测电路，结构简单、工作可靠，实现了对舵机位置的精确监测。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种无人机舵机位置监测电路，包括数字信号处理单元、功率电源检测单元、位置传感器、差分接收单元、位置解码单元和供电单元；所述位置传感器设置于舵机滚珠丝杠副的端头；位置传感器依次通过差分接收单元、位置解码单元与数字信号处理单元电连接，功率电源检测单元与数字信号处理单元电连接；供电单元分别与数字信号处理单元、功率电源检测单元、位置传感器、差分接收单元、位置解码单元电连接。

进一步的，所述数字信号处理单元包括TMS320F2812 DSP芯片D1，及其外围的时钟电路、JTAG接口电路、复位电路和总线驱动电路。

进一步的，所述功率电源检测单元包括HCPL5231型光耦芯片D41，及其外围电路；D41的阳极通过电阻R144与外部功率电源+56VP相连，D41的阴极连接功率地PGND，D41的输出端VO1通过电阻R147与D1的通用I/O口相连，D41的电源端VCC接电源+5VD, D41的电源端VCC与电源+5VD间的节点通过电容C107接数字地DGND，D41的接地端GND接数字地DGND，电阻R145一端与D41的电源端VCC相连，另一端与D41的输出端VO1相连，电阻R149一端与R144和D1通用I/O口间的节点相连，另一端与D41的接地端GND相连。

进一步的，所述差分接收单元包括FX26LS32型四通道差分接收器D40，及其外围电路；D40的输入端INA1、INA2、INC1、INC2与位置传感器输出端相连，D40的输出端OUTA、OUTC分别与位置解码单元的输入端相连，D40的接地端GND接数字地DGND，电源端VCC接电源+5VD，电源端VCC和电源+5VD间的节点通过电容C106接数字地DGND。

进一步的，所述位置解码单元包括LS7366编码器芯片D38，及其外围电路；D38的输入端A、B分别与D40的输出端OUTA、OUTC相连，D38的VSS端接数字地DGND、D38的SS端、SCK端、MISO端、MOSI端分别与D1的SPISTEA端、SPICLK端、SPISOMIA端、SPISIMOA端相连，D38的VDD端和CNT_EN端均接电源+5VD，晶振Y3一端接D38的FCKO端，另一端接D38的FCKI端，电阻R146与晶振Y3并联，晶振Y3和D38的FCKO端间的节点通过电容C108接数字地DGND，晶振Y3与D38的FCKI端间的节点通过电容C110接数字地DGND。

进一步的，所述供电单元包括3W28S05 DC/DC变换器D3、TPS70351低压降调节器D6，及其外围电路；3W28S05 DC/DC变换器D3将外部+28V电源变换为+5V电源，为功率电源检测单元、位置传感器、差分接收单元、位置解码单元供电；TPS70351低压降调节器D6将外部+28V电源变换为+3.3V和+1.8V电源，为数字信号处理单元供电。

进一步的，所述位置传感器采用增量式磁电编码器。

进一步的，所述晶振Y3位置靠近LS7366编码器芯片D38的位置设置，晶振Y3的金属外壳接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的一种无人机舵机位置监测电路，结构简单、工作可靠，设置功率电源检测单元，为位置传感器的调零提供基准，提高位置监测的精度和可靠性；数字地、功率地分开设计，提高了电路的抗干扰性；各单元选用芯片可靠性高，满足无人机系统高效、实时、准确的需求。

附图说明

图1为本实用新型监测电路结构示意图；

图2为本实用新型功率电源检测单元结构示意图；

图3为本实用新型差分接收单元结构示意图；

图4为本实用新型位置解码单元结构示意图；

图5为本实用供电单元结构示意图；

图中：1、数字信号处理单元；2、功率电源检测单元；3、位置传感器；4、差分接收单元；5、位置解码单元；6、供电单元。

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1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种无人机舵机位置监测电路，包括数字信号处理单元1、功率电源检测单元2、位置传感器3、差分接收单元4、位置解码单元5和供电单元6。

位置传感器3依次通过差分接收单元4、位置解码单元5与数字信号处理单元1电连接，功率电源检测单元2与数字信号处理单元1电连接；供电单元6分别与数字信号处理单元1、功率电源检测单元2、位置传感器3、差分接收单元4、位置解码单元5电连接，为其提供工作电源。

位置传感器3采用非接触的增量式磁电编码器，消除了传统电位器中电刷对导电轨道的磨损，显著提高了角度传感器的工作可靠性；由于无人机舵轴位置结构刚度较小，位置传感器3不宜直接安装角位置传感器，故将其设置于滚珠丝杠副的端头，通过测量滚珠丝杠的转数来间接实现舵偏角的测量。

数字信号处理单元1完成位置监测信号的读取、判断工作，包括TMS320F2812 DSP芯片D1，及其外围的时钟电路、JTAG接口电路、复位电路和总线驱动电路；具备I2C、SPI、CAN、PWM等总线接口，适用于各种控制类工业设备；TMS320F2812 DSP芯片，体积小、性能强、便携性高，具备I2C、SPI、CAN、PWM等总线接口；高低温、振动测试性能好，满足工业环境应用。

功率电源检测单元2对功率电源的电压进行检测，根据功率电源的加电时刻，为位置传感器3的调零提供基准，当检测到外部功率电源供电时，向D1的通用I/O口输出高电平信号；如图2所示，功率电源检测单元2包括HCPL5231型光耦芯片D41，及其外围电路；D41的阳极通过电阻R144与外部功率电源+56VP相连，D41的阴极连接功率地PGND，D41的输出端VO1通过电阻R147与D1的通用I/O口相连，D41的电源端VCC接电源+5VD, D41的电源端VCC和电源+5VD间的节点通过滤波电容C107接数字地DGND，D41的接地端GND接数字地DGND，电阻R145一端与D41的电源端VCC相连，另一端与D41的输出端VO1相连，电阻R149一端与R144和D1输入端间的节点相连，另一端与D41的接地端GND相连。

差分接收单元4用于接收位置传感器3的监测到的舵机位置差分信号，并将其转化为单端输出位置信号；如图3所示，差分接收单元4包括FX26LS32型四通道差分接收器D40，及其外围电路；D40的输入端INA1、INA2、INC1、INC2与位置传感器3的输出端相连，用于接收位置传感器3输出的位置差分信号；D40的输出端OUTA、OUTC分别与位置解码单元5的输入端相连，D40的接地端GND接数字地DGND，电源端VCC接电源+5VD，电源端VCC与电源+5VD间的节点通过电容C106接数字地DGND。

如图4所示，位置解码单元5包括LS7366编码器芯片D38，及其外围电路；D38的输入端A、B分别与D40的输出端OUTA、OUTC相连，接收差分接收单元4发送的位置传感器3位置监测信号；D38的VSS端接数字地DGND、D38的SS端、SCK端、MISO端、MOSI端分别与D1的SPISTEA端、SPICLK端、SPISOMIA端、SPISIMOA端相连，与D1进行数据传输；D38的VDD端和CNT_EN端均接电源+5VD；晶振Y3一端接D38的FCKO端，另一端接D38的FCKI端，为位置解码单元5提供时钟信号；电阻R146与晶振Y3并联，晶振Y3和D38的FCKO端间的节点通过滤波电容C108接数字地DGND，晶振Y3和D38的FCKI端间的节点通过滤波电容C110接数字地DGND。

LS7366编码器芯片具有与TMS320F2812 DSP芯片D1高速通讯的SPI口，与DSP芯片电平兼容，不需外加电平转换电路，通过LS7366编码器芯片和DSP芯片进行数据交换，提高了位置信息传输精度，增强了反馈信号抗噪能力；晶振Y3位置应靠近LS7366编码器芯片D38的位置设置，晶振Y3的金属外壳接地，进一步增强了监测电路的抗干扰性。

供电单元6包括3W28S05 DC/DC变换器D3、TPS70351低压降调节器D6，及其外围电路；3W28S05 DC/DC变换器D3将外部+28V电源变换为+5V电源，为功率电源检测单元2、位置传感器3、差分接收单元4、位置解码单元5供电；TPS70351低压降调节器D6将外部+28V电源变换为+3.3V和+1.8V电源，为数字信号处理单元1供电。

使用本实用新型时，上电后，无人机飞控系统向数字信号处理单元1发送初始化信号，数字信号处理单元1完成软、硬件初始化工作；功率电源检测单元2检测到外部功率电源稳定供电后，发送高电平信号至数字信号处理单元1，数字信号处理单元1向飞控系统发送初始化完成信号；飞控系统向数字信号处理单元1发送舵机位置找零信号；数字信号处理单元1接收到舵机位置找零信号后，通过无人机控制系统中的功率驱动单元，控制舵机恢复初始位置，同时数字信号处理单元1记录此时的位置传感器3监测值。

完成找零工作后，舵机正常工作，位置传感器3实时监测舵机位置信号，并将其通过差分接收单元4、位置解码单元5发送至数字信号处理单元1；数字信号处理单元1根据舵机位置监测值，并结合位置传感器3舵机零位置监测值，计算出舵机的偏转角度值并进行存储，进行后续处理工作。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：包括数字信号处理单元（1）、功率电源检测单元（2）、位置传感器（3）、差分接收单元（4）、位置解码单元（5）和供电单元（6）；所述位置传感器（3）设置于舵机滚珠丝杠副的端头；位置传感器（3）依次通过差分接收单元（4）、位置解码单元（5）与数字信号处理单元（1）电连接，功率电源检测单元（2）与数字信号处理单元（1）电连接；供电单元（6）分别与数字信号处理单元（1）、功率电源检测单元（2）、位置传感器（3）、差分接收单元（4）、位置解码单元（5）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述数字信号处理单元（1）包括TMS320F2812 DSP芯片D1，及其外围的时钟电路、JTAG接口电路、复位电路和总线驱动电路。

3.根据权利要求2所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述功率电源检测单元（2）包括HCPL5231型光耦芯片D41，及其外围电路；D41的阳极通过电阻R144与外部功率电源+56VP相连，D41的阴极连接功率地PGND，D41的输出端VO1通过电阻R147与D1的通用I/O口相连，D41的电源端VCC接电源+5VD, D41的电源端VCC与电源+5VD间的节点通过电容C107接数字地DGND，D41的接地端GND接数字地DGND，电阻R145一端与D41的电源端VCC相连，另一端与D41的输出端VO1相连，电阻R149一端与R144和D1通用I/O口间的节点相连，另一端与D41的接地端GND相连。

4.根据权利要求3所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述差分接收单元（4）包括FX26LS32型四通道差分接收器D40，及其外围电路；D40的输入端INA1、INA2、INC1、INC2与位置传感器（3）输出端相连，D40的输出端OUTA、OUTC分别与位置解码单元（5）的输入端相连，D40的接地端GND接数字地DGND，电源端VCC接电源+5VD，电源端VCC和电源+5VD间的节点通过电容C106接数字地DGND。

5.根据权利要求4所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述位置解码单元（5）包括LS7366编码器芯片D38，及其外围电路；D38的输入端A、B分别与D40的输出端OUTA、OUTC相连，D38的VSS端接数字地DGND、D38的SS端、SCK端、MISO端、MOSI端分别与D1的SPISTEA端、SPICLK端、SPISOMIA端、SPISIMOA端相连，D38的VDD端和CNT_EN端均接电源+5VD，晶振Y3一端接D38的FCKO端，另一端接D38的FCKI端，电阻R146与晶振Y3并联，晶振Y3和D38的FCKO端间的节点通过电容C108接数字地DGND，晶振Y3与D38的FCKI端间的节点通过电容C110接数字地DGND。

6.根据权利要求5所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述供电单元（6）包括3W28S05 DC/DC变换器D3、TPS70351低压降调节器D6，及其外围电路；3W28S05 DC/DC变换器D3将外部+28V电源变换为+5V电源，为功率电源检测单元（2）、位置传感器（3）、差分接收单元（4）、位置解码单元（5）供电；TPS70351低压降调节器D6将外部+28V电源变换为+3.3V和+1.8V电源，为数字信号处理单元（1）供电。

7.根据权利要求6所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述位置传感器（3）采用增量式磁电编码器。

8.根据权利要求5所述的一种无人机舵机位置监测电路，其特征在于：所述晶振Y3位置靠近LS7366编码器芯片D38的位置设置，晶振Y3的金属外壳接地。

Images