小型无人机弹射架测速装置的制作方法

本职务发明为一种无人机弹射架测速装置，涉及一种用于小型无人机陆地弹射起飞具有弹射瞬时速度时的测量装置，尤其具有提示无人机在弹射架上经过滑行后能否达到安全起飞速度的功能。

背景技术：

目前，公知的测速方式主要有气压测速、无线电测速、GPS卫星测速、利用加速度积分测速等。气压测速利用空气动力学原理适应于空速测量，不适应于地面测量；无线电测速利用无线电反射原理，对反射面有一定要求，在地面弹射起飞无反射面的情况下，无法进行测速；而GPS卫星测速是通过定位位置差和时间差进行解算，其成本高，结构复杂，同时在短距离高速弹射情况下测量误差大。已公知的专利(专利号CN105043759A)弹射架测速则以加速度积分测速为主，且仅在弹射结束时获得速度，在弹射过程无法实现实时速度显示。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：为了实现无人机在地面弹射过程中瞬时速度的高精度测量，以及判断是否达到安全起飞的速度要求，本职务发明提供一种无人机弹射架瞬时速度测量装置，该装置安装时与被测无人机无电接触，利用霍尔元件对磁场变化的感应，实现瞬时速度精确地测量；同时，对最终弹射起飞速度具有警示功能，提示该速度是否达到安全起飞要求。

本发明的技术方案是：一种小型无人机弹射架测速装置，其特征在于，包括弹射架2、磁铁4、感应电路板3、信息处理显示盒5和电源适配器6；所述弹射架2与无人机接触的平面内均布有若干感应电路板3，电源适配器6与信息处理显示盒5相连接；磁铁4安装在无人机下方，当磁铁4在感应电路板3感应范围内时，感应电路板3将信号输出至信息处理显示盒5，该信号在磁铁与感应电路板3之间的距离在感应距离范围内时，信号输出为高电平；在磁铁与感应电路板3之间的距离不在感应距离范围内时，信号输出为低电平；信息处理显示盒5显示无人机瞬时速度，同时当瞬时速度值大于等于设置的阈值时，即达到安全起飞条件时，正常非闪烁显示瞬时速度。当瞬时速度值小于设置的阈值时，即未达到安全起飞条件时，闪烁显示瞬时速度。

本发明的进一步技术方案是：所述感应电路板3将信号输出至信息处理显示盒5，该信号在磁铁与感应电路板3之间的距离小于等于0.7mm时，信号输出为高电平；在磁铁与感应电路板3之间的距离大于0.7mm时，信号输出为低电平。

本发明的进一步技术方案是：所述感应电路板3包括霍尔元件7、敏感输出滤波电路8、滤波电路8、电源滤波电路12和外引线焊盘13；霍尔元件7通过电源滤波电路12供电，感应来自无人机上磁铁的信号，经敏感输出滤波电路8滤波处理后传入信息处理显示盒5；霍尔元件7的敏感面朝向无人机的机腹，电源滤波电路12输入端连接对外引线焊盘13中“+5V”输入端，电源滤波电路12输出端连接霍尔元件7的引脚1；霍尔元件7的引脚2连接对外引线焊盘13中“地”的焊盘，霍尔元件7，霍尔元件(7)的引脚1为电源供电端，引脚2为电源地，引脚3为信号输出端。连接敏感输出滤波电路8的输入端；敏感输出滤波电路8的输出端连接对外引线焊盘13中“输出”，敏感输出滤波电路8的电源端连接对外引线焊盘13中“+5V”输入端，敏感输出滤波电路8的地端连接对外引线焊盘13中“地”标识。

本发明的进一步技术方案是：所述敏感输出滤波电路8包括上拉电阻9、滤波电阻10和滤波电容11；上拉电阻9输入端为敏感输出滤波电路8的电源端，上拉电阻9输出端连接滤波电阻10的输入端，作为敏感输出滤波电路8的输入端，滤波电阻10的输出端连接滤波电容11的输入端，作为敏感输出滤波电路8的输出端，滤波电容11的输出端作为敏感输出滤波电路8的地端。滤波电阻10和滤波电容11串联组成滤波电路，滤波电阻10连接霍尔元件7的引脚3，滤波电容11连接焊盘13“地”；霍尔元件7的引脚3通过上拉电阻9连接至焊盘13“+5V”；同时通过滤波电阻10和滤波电容11组成的滤波电路，作为敏感输出滤波电路8输出的原始信号连接至焊盘13的“输出”。

本发明的进一步技术方案是：所述信息处理显示盒5包括接口24、电源驱动电路16、信号接收单元20、信号译码采集电路21、数码管驱动电路23和数码管显示电路22；所述电源驱动电路16将来自外部供电+12V.的电压降压后分为几组电压，分别为信号接收单元20、信号译码采集电路21、数码管驱动电路23和数码管显示电路22供电，接口24处接入来自敏感输出滤波电路8的信号，经信号接收单元20转换后传入信号译码采集电路21，经信号译码采集电路21采集计算后传入数码管驱动电路23，经数码管驱动电路23以公知不同的驱动方式后传入数码管显示电路22。当瞬时速度值满足设置的阈值时，数码管驱动电路23以公知的正常驱动方式后传入数码管显示电路22，数码管显示电路22显示瞬时速度。而当瞬时速度值不满足设置的阈值时，数码管驱动电路23以公知的闪烁驱动方式后传入数码管显示电路22，数码管显示电路22闪烁显示瞬时速度。所设阈值在信号译码采集电路21中设置。

本发明的进一步技术方案是：所述采集计算公式为速度＝距离/时间。

发明效果

本发明的技术效果在于：利用小型磁铁和敏感元件之间的感应效应，实现在与被测无人机不发生电接触情况下实时弹射速度的测量，同时采用了ARM为核心的信号译码采集电路，既提高信号计算的实时性又简化了电路缩小了体积。本发明还可以显示该速度是否达到安全起飞要求，结构简单合理，测量便捷精确，安装方法简单可靠，警示准确，通用性强。

附图说明

图1为本装置结构示意图、

图2为感应电路板示意图

图3为小型磁铁示意图

图4为信号处理显示盒示意图

图5为信号处理显示盒和感应电路板的连接示意图

图6为敏感输出滤波电路示意图

附图标记说明：

1-无人机，2-弹射架，3-五个感应电路板，4-磁铁，5-信号处理显示盒,6.电源适配器,7-霍尔元件，8-敏感输出滤波电路，9-上拉电阻，10-滤波电阻，11-滤波电容，12-电源滤波电路，13-对外引线焊盘，14-安装孔。15-磁铁，16-电源驱动电路，17-4.3V电源单元，18-5V电源单元，19-3.3V电源单元，20-信号接收电路，21-信号译码采集电路，22-数码管显示电路，23-数码管驱动电路，24-接口。25-信号处理显示盒与感应电路板连接电缆。

具体实施方式

参见图1-图6，

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：感应电路板、小型磁铁、信号处理显示盒、电源适配器。所述的感应电路板由敏感元件、电源滤波电路和敏感输出滤波电路组成。本实施例中，感应电路板有5块，通过4个Ф2.5安装孔以填埋方式安装在弹射架轨道上。同时5块感应电路板，以等距离有规律地布置在弹射架上，感应装在运动无人机上的磁场变化。所述的敏感元件是该电路板的核心，也是整个装置的关键所在，选用对磁场变化敏感的霍尔元件。所述的电源滤波电路，为公知的电容滤波对感应通信接口传递的电源+5V电源信号进行滤波，对敏感元件提供工作电压。

所述敏感输出滤波电路，对敏感元件的集电极开路输出进行上拉输出，并通过公知的RC一阶低通滤波电路对输出信号进行滤波，输出原始信号。所述小型磁铁，其选用的关键必须是永磁铁。安装于飞机机身底部且磁铁的N极与机体接触，S极与弹射架相对，与感应电路板配合使用。当小型磁铁经过感应电路板时，为了产生有效的信号输出，两者距离必须小于0.7mm。所述距离范围是和磁铁大小是没有关系的，是磁铁和感应电路板之间的上下垂直距离。

所述的信号处理显示盒，以竖挂方式安装在弹射架外立面上，由电源驱动电路、信号接收电路、信号译码采集电路、数码管驱动电路和数码管显示电路组成。所述的电源驱动电路，包括三种工作电压转换输出。第一，5V电源单元：利用公知的DC-DC模块将电源适配器12V电源转换为5V；第二，3.3V电源单元：利用公知的线性电源单元将5V转换为3.3V为信号接收电路和信号译码采集电路。第三，4.3V电源单元：通过二极管将一路5V降压至4.3V为数码管驱动电路供电，从而保证数码管的人眼感知识别亮度。所述的信号接收电路，选用公知的电平转换芯片将敏感输出电路的为5VTTL电平脉冲原始信号转换为3.3VTTL电平感应信号。

所述的信号译码采集电路，选用公知的ARM处理器单元，感应信号(高电平为“1”，低电平为“0”)通过通用GPIO管脚进入处理器中断源。主要完成以下功能：

第一，通过软件采集，用公知的查询判决方法识别出不同感应电路板输出,如P1.0端口与第一块感应电路板输出连接，正常情况下，该端口为“1”，当该感应电路板输出有效时，即飞机机身磁铁经过该感应电路板时，该端口写入“0”，软件中断触发；

第二，处理器利用TIM事件功能以0.1毫秒为单位记录不同感应电路板输出有效的时间差；

第三，根据当前感应电路板输出触发时间与前一个感应电路板输出触发的时间，以及这两块感应电路板的距离，实时计算运动速度；

第四，通过公知的SPI接口与数码管驱动芯片进行通信，通过公知的段寻址方式独立控制驱动芯片每个显示段；

第五，根据飞机的气动特性，设置安全弹射边界速度，判断最终弹射速度是否满足安全起飞要求。

所述的数码管驱动电路,选用公知的驱动芯片，以SPI形式接收信号译码采集电路指令，第一，通过段寻址方式实现对五个数码管的每个片选，第二，通过对显示寄存器操作完成0～9数字的译码操作。

所述的数码管显示电路，选用公知的数码管，实时显示瞬时速度，并以常亮方式显示最终安全起飞速度，以闪烁方式显示最终非安全起飞速度。

所述的电源适配器选用公知的220V转12V的电源适配器，提供外部工作电压。所述的感应电路板，由敏感元件、电源滤波电路和敏感输出滤波电路组成。其中，敏感元件为DN6848，上拉电阻为10KΩ,滤波电阻不大于100Ω，滤波电容不大于0.1uF,电源滤波电路电容不小于10uF，安装孔为Ф2.5mm。所述的敏感元件为霍尔元件DN6848，其特性是通一定电流的DN6848，当外界磁场将作用于敏感元件上时呈现霍尔效应，则其两侧面会出现横向电位差，并根据电位差输出脉冲信号。

所述的电源滤波电路为不小于10uF滤波钽电容。

所述的敏感输出滤波电路选用10KΩ上拉电阻对DN6848输出信号进行集电极上拉，同时利用由阻值不大于100Ω的电阻和容值不大于0.1uF滤波电容组成RC一阶无源低通滤波器对上拉后的信号进行滤波。

感应电路板有五块，每块长23mm,宽24mm，高1.6mm，通过4个Ф2.5安装孔以填埋方式安装在弹射架轨道上。同时5块感应电路板，以100mm的等距离有规律地布置在弹射架上，感应装在运动无人机上的磁场变化。

所述的小型磁铁为半径为5mm的圆形永磁铁，安装于飞机机身底部且磁铁的N极与机体接触，S极与弹射架相对，与感应电路板配合使用。当小型磁铁经过感应电路板时，为了产生有效的信号输出，两者距离必须小于0.7mm。

所述的信号处理显示盒外形长177mm,宽136mm,高56mm。以竖挂方式安装在弹射架外立面上。信号处理显示盒由电源驱动电路、信号接收电路、信号译码采集电路、数码管驱动电路、数码管显示电路和接口组成。4.3V电源单元为正向导通电压为0.6V～0.8V的二极管，5V电源单元为LM2569S单元，3.3V电源单元为TPS76801QDR单元；信号接收电路为SN74ALVC164245芯片；信号译码采集电路为STM32F103RET6处理器单元；数码管显示电路为5位8段共阴极；数码管驱动电路为BC7275芯片；接口为DB9插孔连接器。

所述的电源驱动电路为LM2569S电源单元将外部12V转换为5V为感应电路板提供工作电压，然后经TPS76801QDR电源单元将5V转换为3.3V为ARM处理器、信号接收电路提供工作电压，最后为经过二极管IN4001将一路5V降压至3.5V～4.5V为数码管驱动电路提供工作电压。

所述的信号接收电路选用公知的SN74ALVC164245电平转换芯片，将感应电路板的输出转换为3.3VTTL电平信号。

所述的信号译码采集电路是信号处理显示盒核心模块。选用公知的STM32F103RET6处理器单元，五块感应电路板的输出(高电平为“1”，低电平为“0”)通过五个通用GPIO管脚进入处理器中断源。主要完成以下功能：

第一，通过软件采集，用公知的查询判决方法识别出不同感应电路板输出,如P1.0端口与第一块感应电路板输出连接，正常情况下，该端口为“1”，当该感应电路板输出有效时，即飞机机身磁铁经过该感应电路板时，该端口写入“0”，软件中断触发；

第二，处理器利用TIM事件功能以0.1毫秒为单位记录不同感应电路板输出有效的时间差；

第三，根据当前感应电路板输出触发时间与前一个感应电路板输出触发的时间，以及这两块感应电路板的距离，实时计算运动速度；

第四，通过公知的SPI接口与数码管驱动芯片进行通信，通过公知的段寻址方式独立控制驱动芯片每个显示段；

第五，根据飞机的气动特性，设置安全弹射边界速度，判断最终弹射速度是否满足安全起飞要求。

所述的数码管驱动电路为BC7275控制5位数码管显示管理，以公知的SPI接口接收信号译码采集电路指令，对显示寄存器通过公知的寄存器操作完成0～9数字的译码。

所述的数码管显示电路为5位8段共阴极数码管，接收数码管驱动电路的译码，实时显示瞬时速度，并以常亮方式显示最终安全起飞速度，以闪烁方式显示最终非安全起飞速度。

所述的电源适配器选用公知的220V转12V的电源适配器，为装置提供外部工作电压。

五块感应电路板通过线缆和信号处理显示盒接口DB9插孔连接器连接。连接关系表一种无人机弹射架测速装置，感应电路板在弹射架上安装，飞机机身下安装小型磁铁。当磁铁S极接触到感应电路板的霍尔元件，感应信号有效，并通过感应通信接口传递给信号处理显示盒进行信号处理显示感应电路板上的霍尔元件敏感面向上，且以固定不变的距离安装于弹射架上。当飞机机身底部磁铁经过该霍尔元件时，其两者距离应不大于0.7mm，感应信号有效，此时信号处理显示盒内部对应发光二极管由亮便暗。否则感应信号无效。机身安装的磁铁应N极面与机身接触，S极面与弹射架相对。

一种小型无人机弹射架测速装置，包括弹射架2、磁铁4、感应电路板3、信息处理显示盒5、和电源适配器6组成。感应电路板3均布填埋位于弹射架2内，信息处理显示盒5通过螺钉安装在弹射架侧立面上，磁铁安装于飞机底部。所述感应电路板通过安装孔14以竖挂方式安装在弹射架上，感应电路板上设有霍尔元件7、电源滤波电路12、敏感输出滤波电路8和对外引线焊盘13。

1.电源滤波电路12输入端连接对外引线焊盘13中“+5V”,输出端连接霍尔元件7的引脚1。霍尔元件7的引脚2连接对外引线焊盘13中“地”，霍尔元件7引脚3连接敏感输出滤波电路8的输入端。敏感输出滤波电路8的输出端连接对外引线焊盘13中“输出”，敏感输出滤波电路8的电源端连接对外引线焊盘13中“+5V”,敏感输出滤波电路8的地端连接对外引线焊盘13中“地”。敏感输出滤波电路8设有上拉电阻9，滤波电阻10，滤波电容11。上拉电阻9输入端作为敏感输出滤波电路8的电源端，输出端连接滤波电阻10的输入端作为敏感输出滤波电路8的输入端，滤波电阻10的输出端连接滤波电容11的输入端作为敏感输出滤波电路8的输出端，滤波电容11的输出端作为敏感输出滤波电路8的地端。连接关系见示意图。无人机从弹射架起飞依次经过第一块感应电路板、第二块感应电路板、第三块感应电路板、第四块感应电路板、第五块感应电路。五块感应电路板对外连接关系见表1。

表1五块感应电路板对外输出接口

所述的电源驱动电路16输入端通过公知的适配器接口连接电源适配器6的输出12V。电源驱动电路16的输出端电压4.3V连接数码管驱动电路23的供电端，电压3.3V连接信号接收电路20的供电端和信号译码采集电路21的供电端，电压+5V通过接口24与五块感应电路板3的对外引线焊盘中13“+5V”连接。

信号接收电路20输入端通过接口24连接五块感应电路板3的对外引线焊盘中13“输出”，将感应电路板3输出的5V信号转换为3.3VTTL电平，并将3.3VTTL电平作为输出连接信号译码采集电路21。

信号译码采集电路21输入端接收信号接收电路20的输出信号3.3VTTL电平，输出端连接数码管驱动电路23。

数码管驱动电路23输入端连接信号译码采集电路21，输出端连接数码管显示电路22。

数码管显示电路22输入端连接信号译码采集电路21的输出，完成显示功能。

接口24完成信号处理显示盒和五块感应电路板之间的连接。

本装置的安装方法为：

步骤一：在弹射架上安装五块感应电路板，每块感应电路板之间分布的间距是事先测量固定不变的。

步骤二：在飞机底部安装磁铁，磁铁应N极面与机身接触，S极面与弹射架相对，磁铁经过感应电路板的霍尔元件时，其两者距离应不大于0.7mm。

步骤三：在弹射架侧立面上，以竖挂方式安装信号处理显示盒。

步骤四：利用信号处理显示盒与感应电路板连接电缆将信号处理显示盒与感应电路板连接；

步骤五：利用电源适配器连接信号处理显示盒和外部市电220V。

根据弹射架的长度而定，在本专利中由于测量弹射末端速度，因此在距弹射架末端二分之一处开始填埋感应电路板，每隔200mm填埋一块感应电路板，一共5块。弹射架轨道上设有安装槽，感应电路板通过安装孔螺钉安装在里面。