一种用于无人机的综合控制器及其电路结构的制作方法

1.本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种用于无人机的综合控制器及其电路结构。


背景技术：

2.无人航空器基本上是由飞控计算机、发动机、电动舵机、电源模块、数据传输电台、其他载荷组成。全机的逻辑控制和通讯的中枢是飞控计算机，所以飞控计算机与其他设备的交互和通讯连接就显得尤为重要。传统的飞控计算机大多采用一体式飞控计算机集成设计，由飞控计算机直接输出pwm、uart、can、rs485、rs232、开关量信号等方式直接控制其他机载设备，这在整个飞机其他设备都使用成熟产品时有诸多优势，例如集成度高，体积小，便于安装等等。
3.但在处于研发试验阶段或是不断迭代升级的飞行器产品时会有些不便，例如数据传输电台等外设的不断变更，需要频繁更改飞控计算机的接口资源；例如不稳定或电磁环境冲击较大的分系统外设会通过连接媒介对飞控造成不可逆的损伤等等。所以由一个独立的外设信息控制装置来将外部设备的控制整合在一起做为缓冲的设计就显得势在必行了。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种用于无人机的综合控制器及其电路结构，解决了以上所述数据传输电台等外设的不断变更，需要频繁更改飞控计算机的接口资源的技术问题。
5.本发明为解决上述技术问题提供了一种用于无人机的综合控制器的电路结构，包括mcu、保护继电器、第一mos开关组及第二mos开关组；
6.所述第一mos开关组及第二mos开关组均与所述mcu串口通信连接；
7.所述第一mos开关组的输出端与所述保护继电器连接，所述保护继电器用于控制火工品开或关；
8.所述第二mos开关组的各mos开关用于控制发动机急停。
9.优选地，所述第一mos开关组及第二mos开关组均包括光电耦合器及mos管，所述mcu与所述光电耦合器串口通信连接，所述光电耦合器与各所述mos管连接，各所述mos分别输出以控制火工品开或关、发动机急停。
10.优选地，所述电路结构还包括通讯模块，所述通讯模块包括芯片max3160，所述mcu的芯片型号为stm32f100c8t6b；
11.所述stm32f100c8t6b的pa2引脚、pa3引脚、pa9引脚、pa10引脚、pb10引脚、pb11引脚及pb12引脚分别与所述芯片max3160的t2in引脚、r2out引脚、t1in引脚、r1out引脚、shdn引脚、hdplx引脚及rs485引脚电连接。
12.优选地，所述通讯模块的通讯协议采用异步rs-232进行数据协议，波特率为115200bps，每字节为：1位起始位、8位数据位、无校验位、1位停止位。
13.优选地，所述第一mos开关组及所述第二mos开关组均包括多个mos管；
14.所述第一mos开关组中各mos管分别用于连接至切伞开关及多个预留火工品开关；
15.所述第二mos开关组中各mos管用于连接至发动机急停、空速管加热电源控制、高压气瓶及多个预留供电控制。
16.本发明还提供了一种用于无人机的综合控制器，包括立式薄体壳，所述立式薄体壳内设有电源及用于无人机的综合控制器的电路结构，所述电源通过降压稳压后输出不同电压以给所述电路结构供电；
17.所述立式薄体壳的侧面设有用于控制火工品开或关的火工接口及用于控制发动机急停的发动机接口。
18.优选地，所述立式薄体壳采用波纹散热片结构。
19.优选地，所述立式薄体壳的侧面还设有切伞开关接口、预留供电控制接口、空速管加热电源控制接口及高压气瓶接口。
20.有益效果：本发明提供了一种用于无人机的综合控制器及其电路结构，其中电路结构包括：mcu、保护继电器、第一mos开关组及第二mos开关组；所述第一mos开关组及第二mos开关组均与所述mcu串口通信连接；所述第一mos开关组的输出端与所述保护继电器连接，所述保护继电器用于控制火工品开或关；所述第二mos开关组的各mos开关用于控制发动机急停。该方案采用stm32f1系列mcu为核心控制单元，lt8645s芯片(稳压器)做为舵机附加供电，单独为小型舵机提供8a电流的供电能力，所有火工品路具有独立供电和光电隔离及双路备保能力，保障在短路、火花等厂家情况不会干扰到核心控制单元，同时新式的薄体立式ssr散热设计为长时间大电流通过提供了可靠和稳定。
21.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明用于无人机的综合控制器的电路结构的原理框图；
24.图2为本发明用于无人机的综合控制器的电路结构的mcu电路连接图；
25.图3为本发明用于无人机的综合控制器的电路结构的光电耦合器电路连接图；
26.图4为本发明用于无人机的综合控制器的电路结构的开关电路连接图；
27.图5为本发明用于无人机的综合控制器的电路结构的通讯模块电路连接图。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
29.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接
到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.如图1至图5所示，本发明提供了一种用于无人机的综合控制器，包括：mcu、保护继电器、第一mos开关组及第二mos开关组；所述第一mos开关组及第二mos开关组均与所述mcu串口通信连接；所述第一mos开关组的输出端与所述保护继电器连接，所述保护继电器用于控制火工品开或关；所述第二mos开关组的各mos开关用于控制发动机急停。该方案采用stm32f1系列mcu为核心控制单元，lt8645s芯片(稳压器)做为舵机附加供电，单独为小型舵机提供8a电流的供电能力，所有火工品路具有独立供电和光电隔离及双路备保能力，保障在短路、火花等厂家情况不会干扰到核心控制单元，同时新式的薄体立式ssr散热设计为长时间大电流通过提供了可靠和稳定。
32.优选的方案，第一mos开关组及第二mos开关组均包括光电耦合器及mos管，所述mcu与所述光电耦合器串口通信连接，所述光电耦合器与各所述mos管连接，各所述mos分别输出以控制火工品开或关、发动机急停。其中，第一mos开关组内的每个mos管对应一个保护继电器，各继电器用于预留火工品开关及切伞开关。第一mos开关组内的每个mos管分别一一对应预留供电控制、发动机急停、空速管加热电源控制及高压气瓶。此外，根据实际工程需要，还可以设置更多的接口。
33.具体地，mcu选型:综合控制器以mcu为和核心控制器，该mcu选用成熟的stm32f100c8t6b，主频72mhz。可完成rs232/rs422通讯，离散开关量的输入输出。
34.开关量输出：有一定的带载能力，所以统一采用mos管(型号为dmph4015sps)做开关控制，输出电流可达40a以上。并采用光电耦合器tlp521-4，光电耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。
35.优选的方案，所述电路结构还包括通讯模块，所述通讯模块包括芯片max3160，所述mcu的芯片型号为stm32f100c8t6b；
36.所述stm32f100c8t6b的pa2引脚、pa3引脚、pa9引脚、pa10引脚、pb10引脚、pb11引脚及pb12引脚分别与所述芯片max3160的t2in引脚、r2out引脚、t1in引脚、r1out引脚、shdn引脚、hdplx引脚及rs485引脚电连接。
37.其中，mcu通过通讯模块与外界通信；所述mcu通过控制所述第一mos开关组工作，以调节所述保护继电器的开或关，所述保护继电器用于控制火工品工作；所述mcu通过控制所述第二mos开关组工作，以调节电子元器件工作。
38.优选的方案，所述通讯模块的通讯协议采用异步rs-232进行数据协议，波特率为115200bps，每字节为：1位起始位、8位数据位、无校验位、1位停止位。通讯采用的是串口通讯：采用max3160，可实现rs232通讯(rs422通讯可选)。串口通讯支持两路rs232或一路rs422。通讯模块主要用于对飞控计算机下发到综合控制器的命令进行解析，对1帧(共8字
节)的数据进行解析，包括帧头(2字节)、帧id(1字节)、帧长度(1字节)、通道号(1字节)、输出io控制(1字节)、保留(1字节，默认0x00)、校验位(1字节)。根据解析到的通道号及输出高低电平信号执行相对应的动作。
39.进一步地，在输出火工品信号(切伞)时，需控制开关的接通时间，本次设计中规定接通时间为100ms，避免限流电阻负载过大，以及避免火工品在工作后出现短路现象时引起的电流过大。对于火工品的开关控制信号，为保证无误触发，在控制逻辑上增加保护动作，在硬件设计上增加保护继电器。在输出以上信号时，需先解除保护，然后才能输出要求的开关控制信号。
40.优选的方案，所述立式薄体壳的侧面还设有切伞开关接口、预留供电控制接口、空速管加热电源控制接口及高压气瓶接口。还可以根据实际需要设置更多的接口。
41.在一个具体的实施场景中，具体的设计指标如下:
42.综合控制器设计指标：
[0043][0044][0045]
综合控制器供电通讯对外接口定义：
[0046][0047][0048]
综合控制器输出航插接口定义：
[0049]
[0050]
[0051][0052]
本发明实施例还提供了一种用于无人机的综合控制器，包括立式薄体壳，所述立式薄体壳内设有电源及如前所述的用于无人机的综合控制器的电路结构，所述电源通过降压稳压后输出不同电压以给所述电路结构供电；
[0053]
所述立式薄体壳的侧面设有用于控制火工品开或关的火工接口及用于控制发动机急停的发动机接口。
[0054]
对于较大的通过电流对芯片带来的温度升高，采用了立式薄体设计的散热方式，在不增加体积的前提下提升了散热效率。
[0055]
优选的方案，综合控制器含有3个火工品和1个供电设备，3个火工品采用脉冲输出方式输出信号，1个供电设备采用普通io输出方式输出信号，目的是让火工品信号的接通时间是可控的，防止出现短路引起电流过大。
[0056]
由于保护继电器中有多路大电流输出信号，开关在接通时会由于本身具有的导通电阻而发热，固结构设计时充分考虑了散热要求，并且结构设计充分考虑结构安装的便利性。比如采用波纹散热片结构、散热翅片结构、风扇等。
[0057]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。