一种混合动力无人机的油门控制装置的制作方法

本实用新型涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种混合动力无人机的油门控制装置。

背景技术：

混合动力系统要根据不同负载条件下，调节油门控制进油量的大小，当负载大时，增加油门打开角度，避免发动机熄火；当负载小时，减小油门打开角度，避免发动机转速过高导致温度升高降低发动机使用寿命。通常混合动力系统输出都需要加大功率稳压模块，由于无人机飞行需要几十安甚至上百安的电流，这使得稳压模块的体积、重量以及热量损耗较大。

公开号为cn101938243a的专利公开了一种混合动力汽车的电压闭环控制系统，采用以永磁同步电机的转速为调解输出来实现，这种控制方法在无人机上使用实际效果并不理想。

公开号为cn202545026u的专利公开了一种油门控制系统，仅仅采集转速用于油门的闭环控制，不适用于混合动力系统的控制，不能实现混合动力系统的电压稳定控制。

技术实现要素：

为了解决背景技术提出的技术问题，本实用新型提供一种混合动力无人机的油门控制装置，电路设计适用于混合动力无人机，同时采集发动机的输出电压和发动机转速，对无人机的油门和节气门进行pwm调解，通过油门和节气门的调节能够保证发动机的输出电压的稳定输出，可以使无人机系统无需使用大功率稳压模块；同时还能够避免发动机过速和低速熄火。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种混合动力无人机的油门控制装置，包括单片机mcu、电压采集电路、转速采集电路、pwm接口芯片和无线模块。

单片机mcu通过端口连接电压采集电路和转速采集电路，分别采集混合动力无人机的发动机输出电压和发动机转速，单片机mcu还通过端口连接pwm接口芯片，并通过pwm接口芯片连接混合动力无人机的节气门舵机和油门舵机；以发动机转速为内环，以发动机输出电压为外环，以节气门舵机和油门舵机的pwm调节值为输出，以单片机mcu为pid调节器，构成混合动力无人机的油门闭环控制。

所述的转速采集电路包括霍尔转速传感器采集电路和磁电机式转速采集电路；

霍尔转速传感器采集电路包括光耦隔离芯片，光耦隔离芯片输入端连接发动机的霍尔转速传感器，输出端连接至单片机mcu；

磁电机式转速采集电路包括由输入端至输出端依次连接的分压采集电路、滞环比较器和高速光耦，磁电机式转速采集电路采集磁电机一次线圈电压值，输出至单片机mcu中。

进一步地，还包括霍尔电流传感器，霍尔电流传感器一次侧采集混合动力无人机的发动机输出电流，二次侧连接至单片机mcu的端口。

进一步地，所述的无线模块为2.4g无线模块，单片机mcu通过端口连接2.4g无线模块，以2.4g无线方式与远端的控制站通讯。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)同时采集发动机的输出电压和发动机转速，对无人机的油门和节气门进行pwm调解，通过油门和节气门的调节能够保证发动机的输出电压的稳定输出，可以使无人机系统无需使用大功率稳压模块；同时还能够避免发动机过速和低速熄火；

2)转速采集电路兼容cdi点火器和磁电机点火器两种启动方式的发动机的转速采集；因为转速是混合动力无人机油门控制非常重要的指标，对于cdi型点火器，转速可以通过发动机上带的霍尔传感器输出得到；对于磁电机点火器不需要外部电源，但是没有转速输出接口，磁电机转速采集电路采集磁电机的一级线圈上的最大120v电压信号，提取发动机转速数据；

3)专用于磁电机式点火方式的无人机的转速检测电路，配置的滞环比较器，能够对采集的波形进行整形，检测结果更准确；

4)加入发动机电流检测电路，结合发动机的输出电压检测，能够对发动机的输出功率实现监控；在电流检测电路中，采用霍尔电流传感器采集输出的电压信号，根据电压与电流关系式得到电流值；优势在于传统电流采集都是通过采样电阻两端电压经过差分放大器放大，再既然如ad采样端口，发动机启动瞬间采样电压很高可能高于100v，这对放大芯片供电电压要求非常高，很容易烧毁芯片以及mcu的端口，而霍尔电流传感器采用非接触方式实现直流电流的测量，电路简单可靠，测量精度高。

附图说明

图1是本实用新型总体电路结构和其与混合动力系统的连接关系图；

图2是本实用新型的转速采集电路结构图

图3是本实用新型的闭环控制结构图；

图4是本实用新型的单片机mcu实施例图；

图5是本实用新型的霍尔转速传感器采集电路图；

图6是本实用新型的磁电机式转速采集电路图；

图7是本实用新型的发动机电压采集电路图；

图8是本实用新型的发动机电流采集电路图；

图9是本实用新型的pwm接口芯片电路图；

图10是本实用新型的2.4g无线模块接口电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种混合动力无人机的油门控制装置，包括单片机mcu、电压采集电路、转速采集电路、pwm接口芯片和无线模块。单片机mcu通过端口连接电压采集电路和转速采集电路，分别采集混合动力无人机的发动机输出电压和发动机转速，单片机mcu还通过端口连接pwm接口芯片，并通过pwm接口芯片连接混合动力无人机的节气门舵机和油门舵机；以发动机转速为内环，以发动机输出电压为外环，以节气门舵机和油门舵机的pwm调节值为输出，以单片机mcu为pid调节器，构成混合动力无人机的油门闭环控制。pid闭环控制结构为自动控制领域常用的技术，这里不再详细描述，图3给出了本装置的pid闭环控制结构图。

如图2所示，所述的转速采集电路包括霍尔转速传感器采集电路和磁电机式转速采集电路；

1)霍尔转速传感器采集电路包括光耦隔离芯片，光耦隔离芯片直接采集霍尔转速传感器的数值输出至单片机mcu中；

2)磁电机式转速采集电路包括由输入端至输出端依次连接的分压采集电路、滞环比较器和高速光耦，磁电机式转速采集电路采集磁电机一次线圈电压值，输出至单片机mcu中。

如图1所示，本装置还包括霍尔电流传感器，霍尔电流传感器一次侧采集混合动力无人机的发动机输出电流，二次侧连接至单片机mcu的端口。所述的无线模块为2.4g无线模块，单片机mcu通过端口连接2.4g无线模块，以2.4g无线方式与远端的控制站通讯。

图4-10为本实用新型的具体实施电路图：

见图4，为本实用新型的单片机mcu实施例电路图，采用stm32系列单片机，其14号引脚为motorvoltmcu的采集端口，连接图7的发动机电压采集电路。15号引脚为motorcurrentmcu的采集端口，连接图8的霍尔电流传感器的电路。42和43号引脚分别为两种转速采集电路的采集端口cap1和cap2，分别连接图5的霍尔转速传感器采集电路和图6的磁电机式转速采集电路。16-18号引脚tim3ch1-ch3为pwm输出引脚，连接至图9的pwm接口电路。12和13引脚为rs232引脚，用于与图10的rs232端口相连，并通过rs232端口连接至2.4g无线模块。

见图5为霍尔转速传感器采集电路，电路中为u1b光耦tlp521-2，输出端口cap1接入单片机mcu中。

见图6为磁电机式转速采集电路，磁电机一次线圈连接输入端口ignition，并依次通过电阻r24和r25的分压采集电路、sn74lvc1g17的滞环比较器和6n138光耦，输出端口cap2接入单片机mcu中。

见图7为发动机电压采集电路，为电阻r18和r19的分压采集电路。

见图8为发动机电流采集电路，霍尔电流传感器fb6一次侧检测发动机电流，二次侧motorcurrentmcu入mcu中。

见图9为pwm接口芯片，采用74hc245芯片提高pwm端口的驱动能力，74hc245芯片输入端的tim3ch1-ch3连接至单片机mcu，输出端的pwm1连接至油门舵机，pwm2连接至节气门舵机，pwm3备用。

见图10为2.4g无线模块的接口芯片，采用rs232通讯接口方式与2.4g无线模块连接，输入端连接单片机mcu的12和13引脚，输出端连接至2.4g无线模块。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。