一种具有控制接口的无人机机载过载测量触发器的制作方法

本发明属于过载测量触发技术，涉及一种具有控制接口的无人机机载过

载测量触发装置。

背景技术：

目前，公知的过载测量设备是通过加速度敏感元件进行信号采集，或过载信号有一定的持续时间，或利用处理器高速实时专门采集过载信号。而已公知的专利(专利号CN105173958A)以加速度测量为主，是应用于民用电梯执行机构，实时性要求较低，同时不具有控制接口，无法满足瞬时响应实时性要求，不能适用于无人机机载多任务使用要求。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：为了克服无人机过载瞬间信号持续短(通常在1毫秒～3毫秒)，上位处理器任务繁重难以及时采集到过载信号，或为了采集无法确定时间的瞬时过载信号和任务执行，大幅提高上位处理器性能，增加成本的问题。本职务发明提供一种具有控制接口的无人机机载过载测量触发器，在保证过载测量精度和触发有效性的基础上，通过远端控制，根据过载设置门限判断自动进行过载触发，同时并具有依据控制信号的保持(或变化)，触发信号保持(或待重新触发)功能。

本发明的技术方案是：一种具有控制接口的无人机机载过载测量触发器，包括电源驱动电路1、电源基准电路2、过载敏感电路3、信号调理电路4、信号比较电路5、控制触发电路6和电源7；外部电源7经驱动电路1转换电压后，一路功率输出为过载敏感电路3、信号调理电路4、信号比较电路5和控制触发电路6供电，一路功率输出经电源基准电路2转换电压后，为信号调理电路4供电；来自无人机的天向过载经过载敏感电路感应转换和滤波后传入信号调理电路4；经信号调理电路4放大信号后传入信号比较电路5，信号比较电路5中的放大信号与阈值进行比较；当信号值大于阈值时，信号比较电路5的输出电平由低电平变为高电平，此时控制触发电路6采集到该电平跳变；若控制指令8为高电平，控制触发电路6采集到的电平跳变信号有效，控制触发电路6输出高电平，无人机系统执行抛伞指令；若控制指令8为低电平，控制触发电路6采集到的电平跳变信号无效，控制触发电路6输出仍为低电平，无人机系统不执行抛伞指令；当信号值小于等于阈值时，信号比较电路5输出始终保持低电平，此时控制触发电路6未采集到电平跳变；无论控制指令8为高电平还是低电平，控制触发电路6始终输出低电平，无人机系统不执行抛伞指令。

本发明的进一步技术方案是：所述电源驱动电路1包括DC-DC模块、若干电容、电感L1和电感L2；Vin为外部电源信号，作为输入电压；GNDin为来自无人机机载电网电源地，作为输入地；Vin、GNDin经过电容C1、电容C2滤波后，再经过共模电感L1消除共模干扰，然后经过电容C3、电容C4滤波，作为DC-DC模块11的输入电源和输入电源地；DC-DC模块11输出+5V和输出电源地，经过电容C5、电容C6滤波后，再经过共模电感L2消除共模干扰，然后经过电容C7、电容C8滤波，作为输出电压5Vout和输出地GNDout。

本发明的进一步技术方案是：所述过载敏感电路包括电阻R1，加速度敏感元件12、电容C9和伴随电路13；加速度敏感元件12一端与电阻R1、伴随电路13相互串接，经伴随电路13输出过载原始信号；且在加速度敏感元件12和电阻R1之间并接C9后接地。

本发明的进一步技术方案是：所述信号调理电路4信号调理电路4包括零位调节电路、放大电路和滤波电路；R2，R3串联和R4构成零位调节电路；R2一端接+5V电源，R3一端接地，R2和R3串联节点通过电阻R4反馈到运算放大器输入端；输入端R5和R6构成放大电路；R5一端接过载原始信号Ua，一端接运算放大器的输入端；R6作为反馈回路连接运算放大器的输入端和输出端；R7和C2构成一阶低通滤波电路，R7一端连接运算放大器的输出端，C2一端接地，R2和R3串联节点为信号调理电路4输出的过载信号。

本发明的进一步技术方案是：所述控制触发电路6触发器、控制输入/PR、信号源CLK；控制输入/PR连接来自上位机的控制指令8，并通过下拉电阻R9接地，使得控制输入/PR默认电平为低电平，当上位机的控制指令为高电平时控制输入/PR为高电平，当上位机的控制指令8为低电平时控制输入/PR为低电平；信号源(CLK)通过隔离电阻R8连接信号比较电路5输出的电平信号；触发器的/CLR端始终高电平5V，触发器的ID端始终接地；触发器的/Q端通过隔离电阻R9输出触发信号9，作为控制触发电路6的输出。

本发明的进一步技术方案是：信号调理电路4对过载敏感电路3输出的过载原始信号进行零位调节和放大滤波处理后，可供外部AD采集。

本发明的进一步技术方案是：所述触发器选择74HC74系列。

发明效果

本发明的技术效果在于：由于选用加速度敏感元件通过信号调理实现了无人机过载信号的测量，同时采用了具有控制接口的触发器，在保证信号触发的有效性的情况下，根据过载设置门限判断自动进行过载触发，同时并具有依据控制信号的保持(或变化)，触发信号保持(或待重新触发)功能。本发明设计合理，结构简单，减小了上位处理器的实时采集处理的负担，适合无人机低成本多任务系统。

附图说明

附图标记说明：

图1是本发明的示意图

图2是电源驱动电路示意图。

图3为过载敏感电路的示意图。

图4为信号调理电路的示意图

图5为控制触发电路。

附图标记说明：1－电源驱动电路，2－电源基准电路，3－过载敏感电路，4－信号调理电路，5－信号比较电路，6－控制触发电路，7－电源28V，8-控制指令，9－触发信号，10－过载信号，11－28V转5V的DC-DC模块，L1－不小于1mH的共模电感，L2－不小于1mH的共模电感，C1－低频滤波电容，C2－高频滤波电容，C3－低频滤波电容，C4－高频滤波电容,C5－低频滤波电容，C6－高频滤波电容,C7－低频滤波电容，C8－高频滤波电容,Vin－输入电压28V,GNDin－输入地，Vout－输出电压5V,GNDout－地。12－加速度敏感元件，13－伴随电路，R1－不大于100Ω的隔离电阻，C9－不大于0.1uF的低频滤波电容,Ua－过载原始信号。

N1—低噪声，轨对轨的运算放大器，R2－阻值为10K的零位匹配电阻，

R3－零位调节电阻，R4－不小于1MΩ的隔离电阻，R5－阻值为10KΩ增益匹配电阻，R6－增益调节电阻，R7－不大于100Ω的滤波电阻，C2－不大于0.1uF的低频滤波电容,Vref－电源基准电路输出2.5V；15—信号比较电路的输出信号，16—控制信号，17－触发信号，N2－触发翻转器，R8－不大于100Ω的隔离电阻，R9－不小于1K的下拉电阻，R10－不大于100Ω的隔离电阻。

具体实施方式

参照附图，针对本发明具体技术方案进行进一步阐述

参见图1-图5，本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：电源驱动电路、电源基准电路、过载敏感电路、信号调理电路、信号比较电路、控制触发电路。

电源驱动电路1以电源28V7为输入，输出电源5V为电源基准电路2，过载敏感电路3，信号调理电路4，信号比较电路5，控制触发电路6提供工作电压。电源基准电路2以电源驱动电路1输出的电源5V为输入，输出基准电压2.5V。过载敏感电路3以电源驱动电路1输出的电源5V为工作电压，输出过载原始信号。信号调理电路4以电源驱动电路1输出的电源5V为工作电压，分别以电源基准电路2输出的基准电压2.5V为和过载敏感电路3输出的过载原始信号为输入，输出过载信号10。信号比较电路5以电源驱动电路1输出的电源5V为工作电压，以信号调理电路4输出的过载信号为输入，输出电平信号。控制触发电路6以电源驱动电路1输出的电源5V为工作电压，以信号比较电路5输出的电平信号为输入，以控制指令8为控制输入，输出触发信号9。控制指令8为控制触发电路6的控制输入，默认值为TTL低电平，无论信号比较电路5输出的电平信号是否有电平变化，控制触发电路输出均保持TTL低电平；当控制指令8为TTL高电平时，信号比较电路输出5的电平信号有TTL低电平到TTL高电平的跳变，控制触发电路输出6的触发信号9便由TTL低电平变为TTL高电平，且触发信号9一直保持直到控制指令8为TTL低电平。

所述电源驱动电路为公知的DC-DC模块和公知的由共模电感和陶瓷电容构成的电源滤波器，将外部供电+28V转换为电源基准电路、过载敏感电路、信号调理电路、信号比较电路、控制触发电路所需的工作电压5V。所述电源基准电路为公知的基准电源模块，为信号调理电路提供信号基准电压2.5V。所述的过载敏感电路为了避免加速度敏感元件输出阻抗过大影响信号调理的效果，在其输出端连接公知的由运算放大器为核心的一阶伴随电路以减小阻抗，输出过载原始信号。所述的信号调理电路，为提高信号的灵敏度且保证批量加速度计信号输出的一致性，对加速度原始信号进行信号零位调节、放大和滤波处理，由运算放大器和不同匹配电阻电容构成。运算放大器正向输入端连接电源基准电路输出端，负向通过增益匹配电阻与过载敏感电路输出端连接，同时调零电阻则通过大阻值的隔离电阻接于运算放大器的负向输入端，增益调节电阻作为运算放大器的反馈通路，而运算放大器的输出端连接由滤波电阻和滤波电容组成的一阶RC滤波器，输出的过载信号作为信号调理电路的输出。所述的信号比较电路是公知的由运算放大器为核心的电压比较电路，通过设置门限值，门限值可根据不同机型设置，在本专利中门限值为2g对应的电压值，过载信号与该门限值进行比较，来实现高低电平的转换，输出的电平信号作为控制触发电路的时钟输入。

所述的控制触发电路是以触发器为中心，控制指令为控制输入，信号比较电路输出的电平信号作为信号源输入来实现信号的转换。其中信号比较电路输出的电平信号作为时钟信号与CLK脚相连，控制指令连与控制端。输出端Q作为触发信号输出。为了避免错误的过载触发，控制指令对输出起控制作用。当控制指令为TTL高电平时，信号比较电路输出的电平信号由TTL低电平到TTL高电平的跳变，控制触发电路输出便由TTL低电平变为TTL高电平，且该TTL高电平一直保持直到控制指令变化为TTL低电平；但当控制信号为TTL低电平时，无论信号比较电路输出的电平信号是否有电平变化，控制触发电路输出均保持TTL低电平。

所述电源驱动电路为公知的DC-DC模块TMR-2E和由1mH共模电感和0.1uF陶瓷电容构成的电源滤波器，将外部供电+28V转换为电源基准电路、过载敏感电路、信号调理电路、信号比较电路和控制触发电路所需的工作电压5V。所述电源基准电路为公知的ADR03BR基准电源模块，为信号调理电路提供信号基准电压2.5V。

所述的过载敏感电路根据需求选用量程为±37g的加速度敏感元件，在加速度敏感元件输出端对地有0.47uF的滤波电阻，然后通过100Ω的隔离电阻作为公知的一阶伴随电路的输入，而公知的一阶伴随电路输出过载原始信号。

所述的信号调理电路，对加速度原始信号进行信号零位调节、放大和滤波处理。由运算放大器和不同匹配电阻电容构成。运算放大器选择轨对轨OP295，运算放大器正向输入端连接电源基准电路输出的基准电压2.5V，负向通过10K的增益匹配电阻与过载敏感电路输出的过载原始信号连接，增益调节电阻作为运算放大器的反馈通路，通过调节增益调节电阻弥补批次电阻阻值误差的差异性，对过载原始信号进行2倍放大。同时，通过连接于电源5V和地之间的两个调零电阻，解决批次加速度敏感元件零位误差的离散性，该两个调零电阻之间通过不小于1M隔离电阻接于运算放大器的负向输入端。该调零电阻一个选择固定阻值10K，另一个电阻阻值则根据不同加速度敏感元件进行选择，使得调节后的过载信号零位在2.5V±50mV。而运算放大器的输出端连接由公知的100Ω的滤波电阻和0.1uF的滤波电容组成的一阶RC滤波器，输出的过载信号作为信号调理电路的输出。

所述的信号比较电路是公知的由运算放大器为核心的电压比较电路。运算放大器选择轨对轨的OP295，运算放大器的正向输入端连接信号调理电路输出的过载信号；两个门限电阻通过对+5V的分压(即两个门限电阻串联一端连5V另一端连接“地”)，两个电阻之间作为运算放大器的实现系统过载门限的设置。过载信号与该过载门限值进行比较，当过载信号大于过载门限值运算放大器输出TTL高电平，反之输出TTL低电平，来实现高低电平的转换，作为控制触发电路的时钟输入。

所述的控制触发电路是以触发器为中心，控制指令为控制输入，信号比较电路输出的电平信号作为信号源输入来实现信号的转换。其中触发器选择74HC74系列，信号比较电路输出的电平信号作为时钟信号与CLK脚相连，控制指令通过1K的下拉电阻后连与控制端(PR脚)，CLR端始终高电平5V，ID始终接地。输出端Q作为触发信号输出。为了避免错误的过载触发，控制指令对输出起控制作用。当控制指令为TTL高电平时，信号比较电路输出的电平信号由TTL低电平到TTL高电平的跳变，控制触发电路输出的触发信号便由TTL低电平变为TTL高电平，且该TTL高电平一直保持直到控制指令为TTL低电平；但当控制信号为TTL低电平时，无论信号比较电路输出的电平信号是否有电平变化，控制触发电路输出均保持TTL低电平。

本发明中过载敏感电路3和信号调理电路4的连接能够满足信号实时采集的要求；过载敏感电路3和信号调理电路4，配合信号比较电路5和控制触发电路6能够完成信号控制和信号的有效触发，满足多任务作业要求。本发明结构简单可靠性高，接口形式通用，实施方式便利，无须对上位处理器进行接口改造，同时不给上位处理器增加额外负担，即可完成控制采集任务，减小了上位处理器的实时采集处理的负担，适合无人机低成本多任务系统。