一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，主要解決了開關(guān)裝置遙控切斷動(dòng)力電源需要依賴飛控計(jì)算機(jī)或者需要增加無線鏈路的問題。其包括電源轉(zhuǎn)換電路、PPM信號(hào)比較電路和MOS管開關(guān)電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組的輸出端連接，電源輸出端分別與RC接收機(jī)的電源輸入端和PPM信號(hào)比較電路的電源輸入端相連，所述PPM信號(hào)比較電路的信號(hào)輸入端與RC接收機(jī)的PPM輸出通道連接。本實(shí)用新型共享了多旋翼無人飛行器上普遍存在的RC遙控器與RC接收機(jī)的無線遙控鏈路，無需增加額外的無線通訊鏈路，實(shí)現(xiàn)電源開關(guān)的通斷，有效降低了成本并避免了額外的無線射頻干擾。
【專利說明】—種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電源開關(guān)裝置，特別涉及一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由電池提供動(dòng)力的多旋翼無人飛行器已被廣泛應(yīng)用于航空攝影、交通監(jiān)控、地理測繪、電力巡線等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域的應(yīng)用中，多旋翼無人飛行器經(jīng)常需要在人口密集區(qū)域上空飛行，此時(shí)安全問題顯得尤為重要。一旦飛行器因?yàn)闄C(jī)械或電子原因失控，其高速旋轉(zhuǎn)的旋翼勢必會(huì)對(duì)地面人群造成巨大的傷害，因此，能可靠地切斷飛行器動(dòng)力的電源開關(guān)裝置對(duì)于減少失控飛行器對(duì)地面人群的傷害起著非常重要的作用。
[0003]現(xiàn)有的電動(dòng)多旋翼無人飛行器在失控時(shí)切斷動(dòng)力電源的方案主要有兩種。一種方案是飛行器失控后通過RC遙控器或地面站給飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送命令切斷動(dòng)力電源；這種由軟件實(shí)現(xiàn)的方案極度依賴于飛控計(jì)算機(jī)的可靠性，一旦飛控計(jì)算機(jī)因硬件或軟件原因而失效，飛行器的動(dòng)力電源將無法切斷。另一種方案是建立一套獨(dú)立的無線開關(guān)裝置，飛行器失控后地面人員通過該開關(guān)裝置遙控切斷動(dòng)力電源；這種方案保證了開關(guān)裝置的可靠性，但需要增加一條獨(dú)立的無線通訊鏈路，增加系統(tǒng)成本的同時(shí)也帶來了額外的無線射頻干擾。因此需要一種不依賴于飛控計(jì)算機(jī)且無需增加無線鏈路的電源開關(guān)方案，以達(dá)到可靠性與成本的良好折衷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服開關(guān)裝置遙控切斷動(dòng)力電源需要依賴飛控計(jì)算機(jī)或者需要增加無線鏈路的不足，本實(shí)用新型提供一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，其包括電源轉(zhuǎn)換電路、PPM信號(hào)比較電路和MOS管開關(guān)電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組的輸出端連接，電源轉(zhuǎn)換電路的電源輸出端分別與RC接收機(jī)的電源輸入端和PPM信號(hào)比較電路的電源輸入端相連，所述PPM信號(hào)比較電路的信號(hào)輸入端與RC接收機(jī)的PPM輸出通道連接，PPM信號(hào)比較電路的信號(hào)輸出端與MOS管開關(guān)電路的控制輸入端連接，所述MOS管開關(guān)電路的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組的輸出端連接，電源輸出端與多旋翼無人飛行器的動(dòng)力設(shè)備連接，所述RC接收機(jī)與RC遙控器通過無線連接。
[0006]所述電源轉(zhuǎn)換電路包括穩(wěn)壓電源芯片Ul和電容器Cl、C2、C3、C4，所述電容Cl和C2并聯(lián)后一端與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳I相連，另一端接地，所述電容C3和C4并聯(lián)后一端與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，另一端接地。
[0007]所述PPM信號(hào)比較電路包括PPM信號(hào)輸入接口 JP1、雙路D類上升沿觸發(fā)器U2、可變電阻器R1、電阻器R2、R3、電容器C5、發(fā)光二極管D1，其中PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳I為PPM信號(hào)輸入端，分別與雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳3和管腳12相連接，PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳2與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳3接地，所述雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳5通過可變電阻器Rl和電容器C5接地，管腳4接入可變電阻器Rl和電容器C5之間的節(jié)點(diǎn)，管腳11與管腳5相連接，管腳1、管腳10、管腳13與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，管腳8通過電阻器R3和發(fā)光二極管Dl與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，管腳2接地，管腳9通過電阻器R2與NPN三極管Tl的基極串聯(lián)。
[0008]所述MOS管開關(guān)電路包括輸入接口 JP2、P溝道M0S管Q1、Q2、Q3、Q4、NPN三極管Tl、電阻器R4、R5、輸出接口 JP3，所述NPN三極管Tl的集電極通過R4、R5與輸入接口 JP2的管腳2相連接，發(fā)射級(jí)接地，所述P溝道MOS管Ql、Q2、Q3、Q4的漏極并聯(lián)后與輸入接口JP2的管腳2相連，源級(jí)并聯(lián)后與輸出接口 JP3的管腳2相連，柵極并聯(lián)后接入電阻器R4、R5之間的節(jié)點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:本用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置共享了多旋翼無人飛行器上普遍存在的RC遙控器與RC接收機(jī)的無線遙控鏈路，無需增加額外的無線通訊鏈路，實(shí)現(xiàn)電源開關(guān)的通斷，有效降低了成本并避免了額外的無線射頻干擾；基于雙路D類上升沿觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，相比采用單片機(jī)的方案具有成本低、可靠性高的優(yōu)勢；采用低導(dǎo)通電阻的MOS管實(shí)現(xiàn)電源的導(dǎo)通與關(guān)閉，具有可靠性高、導(dǎo)通電流大、體積小、發(fā)熱低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0013]如圖1所示，一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，其包括電源轉(zhuǎn)換電路101、PPM信號(hào)比較電路102和MOS管開關(guān)電路103，所述電源轉(zhuǎn)換電路101的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組401的輸出端連接，將8.4V-25.2V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成+5V的穩(wěn)定電壓，為PPM信號(hào)比較電路102與多旋翼無人飛行器RC接收機(jī)201供電，電源轉(zhuǎn)換電路101的電源輸出端分別與RC接收機(jī)201的電源輸入端和PPM信號(hào)比較電路102的電源輸入端相連，所述PPM信號(hào)比較電路102的信號(hào)輸入端與RC接收機(jī)201的PPM輸出通道連接，PPM信號(hào)比較電路的信號(hào)輸出端與MOS管開關(guān)電路103的控制輸入端連接，根據(jù)PPM信號(hào)輸入產(chǎn)生控制MOS管開關(guān)電路的電平信號(hào)，所述MOS管開關(guān)電路103的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組401的輸出端連接，電源輸出端與多旋翼無人飛行器的動(dòng)力設(shè)備501連接，所述RC接收機(jī)201與RC接收機(jī)301通過無線連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電源的遙控開關(guān)控制。
[0014]如圖2所示，所述電源轉(zhuǎn)換電路101包括穩(wěn)壓電源芯片Ul和電容器Cl、C2、C3、C4，所述穩(wěn)壓電源芯片Ul采用德州儀器公司的LM340A穩(wěn)壓器芯片，其包括作為電源輸入端的管腳1，作為電源輸出端的管腳3和接地的管腳2，所述電容Cl和C2并聯(lián)后一端與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳I相連，另一端接地，所述電容C3和C4并聯(lián)后一端與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，另一端接地，所述電容器Cl、C2、C3和C4起穩(wěn)定電壓作用。[0015]如圖2所示，所述PPM信號(hào)比較電路102包括PPM信號(hào)輸入接口 JP1、雙路D類上升沿觸發(fā)器U2、可變電阻器R1、電阻器R2、R3、電容器C5、發(fā)光二極管Dl，PPM信號(hào)輸入接口 JPl為2.54mm間距三腳排針，其中PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳I為PPM信號(hào)輸入端，分別與雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳3和管腳12相連接，PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳2與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，所述雙路D類上升沿觸發(fā)器U2采用德州儀器公司的SN74HC74芯片，其管腳5通過可變電阻器Rl和電容器C5接地，可變電阻器Rl與電容器C5組成RC放電電路控制D類上升沿觸發(fā)器U2A的置位時(shí)間，可變電阻器Rl起限制放電電流作用，電容器C5起蓄能作用，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳4接入可變電阻器Rl和電容器C5之間的節(jié)點(diǎn)，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳11與管腳5相連接，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳1、管腳10、管腳13與穩(wěn)壓電源芯片的管腳3相連，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳8通過電阻器R3和發(fā)光二極管Dl與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，發(fā)光二極管Dl用于指示電源開關(guān)狀態(tài)，R3起限制發(fā)光二極管Dl電流的作用，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳2接地，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳9通過電阻器R2與NPN9013三極管Tl的基極串聯(lián)，電阻器R2起限制NPN三極管Tl基極輸入電流作用。
[0016]如圖2所示，所述MOS管開關(guān)電路103包括T型插頭公頭JP2、P溝道MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、NPN9013三極管Tl、電阻器R4、R5、T型插頭母頭JP3，T型插頭公頭JP2與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組401的電源輸出端連接，實(shí)現(xiàn)電源輸入，T型插頭母頭JP3與多旋翼無人飛行器動(dòng)力設(shè)備501連接，實(shí)現(xiàn)電源輸出，所述NPN9013三極管Tl起開關(guān)作用，其集電極通過R4、R5與T型插頭公頭JP2的管腳2相連接，發(fā)射級(jí)接地，所述P溝道MOS管Q1、Q2、Q3、Q4采用仙童半導(dǎo)體公司的FDMS6681Z芯片，用于電源的導(dǎo)通與關(guān)閉，其漏極并聯(lián)后與T型插頭公頭JP2的管腳2相連，源級(jí)并聯(lián)后與T型插頭母頭JP3的管腳2相連，柵極并聯(lián)后接入電阻器R4、R5之間的節(jié)點(diǎn)，電阻器R4起限制P溝道MOS管Ql、Q2、Q3、Q4柵極輸入電流的作用，電阻器R5起限制P溝道MOS管Ql、Q2、Q3、Q4柵源電壓的作用。
[0017]本實(shí)用新型的工作過程:正常工作時(shí)，RC遙控器301上與RC接收機(jī)201的PPM輸出通道對(duì)應(yīng)的開關(guān)處于開啟狀態(tài)，使RC遙控器301上的PPM輸出信號(hào)高電平脈寬大于1.5毫秒(通常為2毫秒)，本實(shí)用新型涉及的電源開關(guān)裝置導(dǎo)通，多旋翼無人飛行器獲得電源供應(yīng)，需要關(guān)閉電源時(shí)，將遙控器301上相應(yīng)的開關(guān)關(guān)閉使PPM信號(hào)高電平脈寬小于1.5毫秒(通常為I毫秒)，電源開關(guān)裝置關(guān)閉，多旋翼無人飛行器的電源被切斷。
[0018]本實(shí)用新型的工作原理是:上電后雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳4與管腳5均為高電平，從RC接收機(jī)過來的PPM信號(hào)為高電平脈寬為1-2毫秒的周期信號(hào)，當(dāng)PPM信號(hào)由低電平向高電平變化時(shí)，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2管腳2的低電平信號(hào)被鎖存使管腳5輸出低電平，此時(shí)可變電阻器Rl與電容器C5組成的放電電路開始放電，當(dāng)放電T時(shí)間后雙路D類上升沿觸發(fā)器U2管腳4電平信號(hào)變低使得D類上升沿觸發(fā)器U2A強(qiáng)制置位，管腳5輸出高電平，該高電平信號(hào)一方面通過可變電阻器Rl給電容器C5充電，另一方面在雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳11產(chǎn)生由低到高的上升沿信號(hào)，該上升沿信號(hào)將雙路D類上升沿觸發(fā)器U2管腳12的電平信號(hào)鎖存到雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳9，如果從RC接收機(jī)過來的PPM信號(hào)的高電平脈寬大于放電時(shí)間T，則管腳12的高電平信號(hào)將被鎖存到管腳9，相應(yīng)地，NPN9013三極管Tl開啟進(jìn)而使P溝道MOS管Q1、Q2、Q3、Q4導(dǎo)通，多旋翼無人飛行器的動(dòng)力設(shè)備501獲得電源供應(yīng)，反之，如果從RC接收機(jī)過來的PPM信號(hào)的高電平脈寬小于放電時(shí)間T，則管腳12的低電平信號(hào)將被鎖存到管腳9，相應(yīng)地，NPN 9013三極管Tl和P溝道MOS管Q1、Q2、Q3、Q4都關(guān)閉，多旋翼無人飛行器的動(dòng)力設(shè)備501的電源供應(yīng)被切斷，調(diào)整可變電阻器Rl的阻值可將可變電阻器Rl與電容器C5組成的RC放電電路的放電時(shí)間T調(diào)整到1.5毫秒，使得當(dāng)RC接收機(jī)過來的PPM信號(hào)高電平脈寬大于1.5毫秒時(shí)，多旋翼無人飛行器的動(dòng)力設(shè)備501獲得電源供應(yīng)，當(dāng)RC接收機(jī)過來的PPM信號(hào)高電平脈寬小于1.5毫秒時(shí)，多旋翼無人飛行器動(dòng)力設(shè)備501的電源供應(yīng)被切斷。
[0019]以上結(jié)合附圖所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，而并非對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限定，任何基于本實(shí)用新型精神所做的改進(jìn)都理應(yīng)在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，其特征在于:其包括電源轉(zhuǎn)換電路(101)、PPM信號(hào)比較電路(102)和MOS管開關(guān)電路(103)，所述電源轉(zhuǎn)換電路(101)的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組(401)的輸出端連接，電源轉(zhuǎn)換電路(101)的電源輸出端分別與RC接收機(jī)(201)的電源輸入端和PPM信號(hào)比較電路(102)的電源輸入端相連，所述PPM信號(hào)比較電路(102)的信號(hào)輸入端與RC接收機(jī)(201)的PPM輸出通道連接，PPM信號(hào)比較電路(102)的信號(hào)輸出端與MOS管開關(guān)電路(103)的控制輸入端連接，所述MOS管開關(guān)電路(103)的電源輸入端與多旋翼無人飛行器鋰聚合物電池組(401)的輸出端連接，電源輸出端與多旋翼無人飛行器的動(dòng)力設(shè)備(501)連接，所述RC接收機(jī)(201)與RC遙控器(301)通過無線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，其特征在于:所述電源轉(zhuǎn)換電路(101)包括穩(wěn)壓電源芯片Ul和電容器Cl、C2、C3、C4，所述電容Cl和C2并聯(lián)后一端與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳I相連，另一端接地，所述電容C3和C4并聯(lián)后一端與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，其特征在于:所述PPM信號(hào)比較電路(102)包括PPM 信號(hào)輸入接口 JPl、雙路D類上升沿觸發(fā)器U2、可變電阻器R1、電阻器R2、R3、電容器C5、發(fā)光二極管D1，其中PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳I為PPM信號(hào)輸入端，分別與雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳3和管腳12相連接，PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳2與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，PPM信號(hào)輸入接口 JPl的管腳3接地，所述雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳5通過可變電阻器Rl和電容器C5接地，管腳4接入可變電阻器Rl和電容器C5之間的節(jié)點(diǎn)，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳11與管腳5相連接，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳1、管腳10、管腳13與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳8通過電阻器R3和發(fā)光二極管Dl與穩(wěn)壓電源芯片Ul的管腳3相連，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳2接地，雙路D類上升沿觸發(fā)器U2的管腳9通過電阻器R2與NPN三極管Tl的基極串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)多旋翼無人飛行器的電源開關(guān)裝置，其特征在于:所述MOS管開關(guān)電路(103)包括輸入接口 JP2、P溝道MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、NPN三極管Tl、電阻器R4、R5、輸出接口 JP3，所述NPN三極管Tl的集電極通過R4、R5與輸入接口 JP2的管腳2相連接，發(fā)射級(jí)接地，所述？溝道皿^管以、02、03、04的漏極并聯(lián)后與輸入接口 JP2的管腳2相連，源級(jí)并聯(lián)后與輸出接口 JP3的管腳2相連，柵極并聯(lián)后接入電阻器R4、R5之間的節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK203799213SQ201420173667
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】李艷, 徐玉, 劉軍, 童長飛, 孫柴成 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)