无人机控制电路及植保无人机的制作方法

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其是涉及一种无人机控制电路及植保无人机。

背景技术：

植保无人机是应用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，多用于喷洒农药，主要依靠其内部安装的诸如飞行控制器、主旋翼动力模块、水泵模块和喷头模块等部件之间的通信进行运作。

目前植保无人机内的各部件通常由飞行控制器控制，各个部件分别通过专有的通讯控制线和飞行控制器相连接；并通过供电线与供电设备连接获取各自所需的电压。无人机内信号线繁多，线路结构不清晰，组装复杂，且在现有线路结构基础上增加无人机功能新增部件，需要在飞行控制器上增加相应接口，硬件电路改动升级工作量大，具有一定的局限性。采用这样的线路结构使得对于无人机的维护与升级较为困难，耗时耗力，不利于无人机的稳定运行。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种无人机控制电路及植保无人机，以减轻对于无人机维护与升级的工作量，保证无人机的稳定运行。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种无人机控制电路，包括：通讯总线、供电总线、飞行控制器和多种功能模块；

飞行控制器分别与通讯总线和供电总线连接；每种功能模块分别与通讯总线和供电总线连接；通讯总线用于在飞行控制器和多种功能模块之间建立通信连接；

供电总线用于为飞行控制器和多种功能模块提供电源电压；飞行控制器用于接收用户发送的操作指令，并将操作指令通过通讯总线发送至多种功能模块，以控制多种功能模块运作。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，每种功能模块内均设置有供电管理单元、通讯转换单元和功能执行单元；其中，不同的功能模块内的功能执行单元不同；

供电管理单元分别与供电总线和通讯转换单元连接；通讯转换单元分别与通讯总线和功能执行单元连接；

供电管理单元用于将供电总线提供的电源电压转换成通讯转换单元和功能执行单元对应的工作电压；通讯转换单元用于将功能执行单元的通信协议转换成与通讯总线相匹配的协议，以建立功能执行单元与通讯总线之间的通信连接；功能执行单元用于通过通讯总线接收来自飞行控制器发送的操作指令，并根据操作指令执行相应的动作。

结合第一方面第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，多种功能模块至少包括：主旋翼动力模块、流量计模块、水泵模块、喷头模块、雷达、GPS定位模块、RTK定位模块和4G通信模块中的多种。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述通讯总线和供电总线上还挂载有智能电池；智能电池用于为供电总线、通讯总线、飞行控制器和多种功能模块供电；飞行控制器还用于通过通讯总线与智能电池进行通信，以监控智能电池的工作状态。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述通讯总线和供电总线上还挂载有无线数据传输模块；飞行控制器用于通过无线数据传输模块与无人机遥控器进行数据传输，以接收用户发送的操作指令。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，每个功能模块上均设置有与通讯总线相匹配的通讯接口；每个功能模块通过通讯接口可拆卸挂载于通讯总线上。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述供电管理单元包括DC/DC开关电源电路或者线性稳压电路。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述通讯转换单元采用MCU通信转换部件。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述电源电压为48V。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种植保无人机，该植保无人机中设置有第一方面至第一方面的第八种可能的实施方式任一项所述的无人机控制电路。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种无人机控制电路及植保无人机，涉及无人机技术领域，该无人机控制电路包括：通讯总线、供电总线、飞行控制器和多种功能模块；飞行控制器分别与通讯总线和供电总线连接；每种功能模块分别与通讯总线和供电总线连接；通讯总线用于在飞行控制器和多种功能模块之间建立通信连接；供电总线用于为飞行控制器和多种功能模块提供电源电压；飞行控制器用于接收用户发送的操作指令，并将操作指令通过通讯总线发送至多种功能模块，以控制多种功能模块运作。本实用新型实施例能够减轻对于无人机维护与升级的工作量，保证无人机的稳定运行。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的第一种无人机控制电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的第二种无人机控制电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第三种无人机控制电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种传统无人机的控制电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种植保无人机的结构示意图。

图标：

11-通讯总线；12-供电总线；13-飞行控制器；14a-第一功能模块；14b-第二功能模块；14c-第三功能模块；21-供电管理单元；22-通讯转换单元；23a-第一功能执行单元；23b-第二功能执行单元；23c-第三功能执行单元；31-智能电池；32-主旋翼动力模块；33-流量计模块；34-水泵模块；35-喷头模块；36-雷达；37-GPS定位模块；38-RTK定位模块；39-4G通信模块；41-无线数据传输模块；500-植保无人机；502-无人机控制电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

植保无人机是应用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，多用于喷洒农药，主要依靠其内部安装的诸如飞行控制器、主旋翼动力模块、水泵模块和喷头模块等部件之间的通信进行运作。

目前植保无人机内的各部件通常由飞行控制器控制，各个部件分别通过专有的通讯控制线和飞行控制器相连接；并通过供电线与供电设备连接获取各自所需的电压。无人机内信号线繁多，线路结构不清晰，组装复杂，且在现有线路结构基础上增加无人机功能新增部件，需要在飞行控制器上增加相应接口，硬件电路改动升级工作量大，具有一定的局限性。采用这样的线路结构使得对于无人机的维护较为困难，耗时耗力，不利于无人机的稳定运行。

基于此，本实用新型实施例提供的一种无人机控制电路及植保无人机，可以减轻对于无人机维护与升级的工作量，保证无人机的稳定运行。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种无人机控制电路进行详细介绍。

在一种实施方式中，本实用新型实施例提供了一种无人机控制电路，参见图1所示的一种无人机控制电路的结构示意图，如图所示包括：通讯总线11、供电总线12、飞行控制器13和多种功能模块(图1中示意出了三种功能模块，分别为第一功能模块14a、第二功能模块14b以及第三功能模块14c)。

飞行控制器13分别与通讯总线11和供电总线12连接；每种功能模块分别与通讯总线11和供电总线12连接，(具体的，在图1中示意出了第一功能模块14a、第二功能模块14b以及第三功能模块14c分别与通讯总线11和供电总线12连接)。

通讯总线11用于在飞行控制器13和多种功能模块之间建立通信连接；

供电总线12用于为飞行控制器13和多种功能模块提供电源电压；其中，实际应用时，可将前述电源电压设置为48V。

飞行控制器13用于接收用户发送的操作指令，并将操作指令通过通讯总线11发送至多种功能模块，以控制多种功能模块运作。

本实用新型实施例提供了一种无人机控制电路，包括：通讯总线、供电总线、飞行控制器和多种功能模块；飞行控制器分别与通讯总线和供电总线连接；每种功能模块分别与通讯总线和供电总线连接。通过通讯总线在飞行控制器和多种功能模块之间建立通信连接；采用供电总线为飞行控制器和多种功能模块提供电源电压。飞行控制器在接收到用户发送的操作指令时，可将操作指令通过通讯总线发送至多种功能模块，以控制多种功能模块运作。本实用新型实施例提供的上述无人机控制电路将飞行控制器和多种功能模块通过通讯总线连接起来，并通过供电总线为飞行控制器和多种功能模块统一提供电压，相较于现有技术中各模块之间两两连接的方式，简化了线路结构，能够减轻对于无人机维护与升级的工作量，保证无人机的稳定运行。

进一步，考虑到无人机内的部件所需的电压不同，例如水泵24V供电、主旋翼动力电机48V供电；各个部件均有各自的通讯和控制接口与通信协议，例如：GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务)模块使用UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)协议、水泵控制使用PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制和反馈、电池使用SMBUS协议。为便于实施，本实用新型实施例提供了第二种无人机控制电路的结构示意图，参见图2，在图1的基础上详细示意出了每种功能模块的结构。

上述每种功能模块内，也即第一功能模块14a、第二功能模块14b和第三功能模块14c内均设置有供电管理单元21、通讯转换单元22和功能执行单元；其中，不同的功能模块内的功能执行单元不同；具体的，如图2所示第一功能模块14a、第二功能模块14b和第三功能模块14c内对应的功能执行单元分别为第一功能执行单元23a、第二功能执行单元23b、第三功能执行单元23c。

供电管理单元21分别与供电总线12和通讯转换单元22连接；通讯转换单元22分别与通讯总线11和功能执行单元连接；

供电管理单元21用于将供电总线12提供的电源电压转换成通讯转换单元22和功能执行单元对应的工作电压；

通讯转换单元22用于将功能执行单元的通信协议转换成与通讯总线11相匹配的协议，以建立功能执行单元与通讯总线11之间的通信连接；

功能执行单元用于通过通讯总线11接收来自飞行控制器13发送的操作指令，并根据操作指令执行相应的动作。

本实用新型实施例提供的上述第二种无人机控制电路详细的公开了功能模块的一种具体结构，通过供电管理单元，可以将供电总线提供的统一电源电压转换为各功能模块的工作电压，使得挂载于供电总线的各功能模块能够正常工作；通过通讯转换单元，统一挂载于通讯总线上的各功能模块的通信协议，以使飞行控制器通过通讯总线控制各功能模块。本实用新型实施例提供的上述无人机控制电路在利用通讯总线和供电总线规整简化电路结构的同时，不影响各功能模块的正常运作，从而有效地保证了无人机的稳定运行。

具体的，上述供电管理单元包括DC/DC开关电源电路或者线性稳压电路，能够当发生输出过压、过流、短路的情况时起到保护电路的作用；通讯转换单元可采用MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)通信转换部件。

多种功能模块至少包括：主旋翼动力模块、流量计模块、水泵模块、喷头模块、雷达、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位模块、RTK(Real-Time Kinematic，实时动态)定位模块和4G通信模块中的多种。具体的，为便于理解，在此，对前述各功能模块的作用及其内部的功能执行单元做详细介绍，如下：

1.主旋翼动力模块：无人机的主螺旋桨与电机，是飞机飞行的动力输出模块，功能执行单元是无人机动力电机(含电调)，与无人机电机转速反馈。

2.水泵模块：植保无人机喷撒药液的动力来源，用于将药筒内药液输送到喷头。功能执行单元是水泵电机(含电调)，与水泵电机转速反馈。

3.喷头模块：利用桨叶的高速旋转形成离心力，将水泵输送过来的药液雾化，喷洒出来。功能执行单元是喷头电机，与喷头电机转速反馈。

4.雷达：检测飞机周围障碍物，用于无人机壁障。功能执行单元是超声波(微波)传感器。

5.流量计模块：用于检测流出药筒药液的流量。功能执行单元为流量霍尔传感器。

6.GPS定位模块：用于定位无人机的具体地理位置，在接收到飞行控制器发送的获取定位信息请求指令信号时，将无人机的当前地理位置信息传输给飞行控制器。功能执行单元为GPS检测模块。

7.RTK定位模块：与GPS定位模块相互配合，用于定位飞机精确的地理位置。功能执行单元为RTK传感器。

8.4G通信模块:负责飞机与公共无线网络的数据通信。功能执行单元为4G无线数据传输模块。

此外，上述飞行控制器为计算与控制飞机姿态、动力、移动悬停、方向、高度等功能的控制模块。其内部的功能执行单元包括加速度传感器、气压计、陀螺仪。

进一步，本实用新型实施例还提供了第三种无人机控制电路，如图3所示，该无人机控制电路的通讯总线11和供电总线12上还挂载有智能电池31。

智能电池31用于为通讯总线11、供电总线12、飞行控制器13和多种功能模块(具体的，在图3中示意出了主旋翼动力模块32、流量计模块33、水泵模块34、喷头模块35、雷达36、GPS定位模块37、RTK定位模块38和4G通信模块39)供电；

飞行控制器13还用于通过通讯总线11与智能电池31进行通信，以监控智能电池31的工作状态。其中，智能电池的功能执行单元为电池电芯、温度电压电流传感器，其自身具有温度检测、电压电流监测的功能，也即自检功能，能够在自身运行状态异常的情况下通过通讯总线向飞行控制器发送电池工作异常的信号，以及时提醒相关工作人员进行检查与维修。

此外，在实际应用中，用户通常利用无人机遥控器来操控无人机运作，在此本实用新型实施例提供了一种飞行控制器获取用户的操作指令的方式。具体的，如图3所示，该通讯总线11和供电总线12上还挂载有无线数据传输模块41。基于此，飞行控制器13还用于通过无线数据传输模块41与无人机遥控器进行数据传输，以接收用户发送的操作指令。

本实用新型实施例提供的上述第三种无人机控制电路，采用智能电池通过供电总线为无人机内其他模块提供统一的电源；飞行控制器通过无线数据传输模块接收用户的操作指令，并通过通讯总线实时监控智能电池及多种功能模块。相较于如图4所示的现有技术中传统无人机控制电路的结构，也即无人机内飞行控制器逐一与其他模块单独连接，电池通过供电管理逐一与其他模块单独连接的结构，本实用新型实施例将各模块通过通讯总线和供电总线连接在一起，能够减少线路数量，使得电路结构更为清晰，便于后期对于各模块的维护与升级。

进一步，为便于更换或者维修无人机内通讯总线上所搭建的各功能模块，在一种可选的方式中，上述每个功能模块上均设置有与通讯总线相匹配的通讯接口；每个功能模块通过其通讯接口可拆卸挂载于通讯总线上，其中，通讯总线可以为CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线或RS485总线，对应的上述通讯接口可以是CAN或RS485接口。

综上所述本实用新型解决了传统无人机控制电路结构中的线路繁多的缺点，使各个模块具有统一的通讯、供电硬件接口标准，采用通讯总线和供电总线使得控制架构清晰；模块可替换性强，方便后续升级新增外挂模块；减少了控制线和供电线，具有线束少，方便维护的特点；优选地还可在每个模块内设置智能芯片，以进行自我故障检测与反馈，也方便后续对于模块的智能化升级改造。

对应上述无人机控制电路，本实用新型实施例提供了一种植保无人机，具体的，参见图5所示的一种植保无人机500，该植保无人机500中设置有上述无人机控制电路502。

应当理解，图5仅仅是植保无人机的一种结构示意图，而不是植保无人机的唯一结构，在实际使用时，除图5所示的结构外，还可以包括其他功能结构，具体以实际使用情况为准，本实用新型实施例对此不进行限制。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。