一種用於無人飛行器智能總線伺服電機的實現方法
2023-10-11 06:19:44 1
專利名稱：一種用於無人飛行器智能總線伺服電機的實現方法
技術領域：
本發明涉及一種用於無人飛行器智能總線伺服電機的實現方法，特別是涉及一種無人飛行器由串行總線控制的伺服電機的實現方法。
背景技術：
目前國內民用領域出現的無人飛行器，通常使用普通航模用伺服電機，這類航模伺服電機雖然在功率和重量體積上能夠粗略的滿足使用要求，但也存在功能簡單僅為被動輸入控制、可靠性較差、系統布線雜亂等缺點。航模用伺服電機用於商業運作的無人飛行器中，運行可靠性不佳，故障率較高，而且相應的飛行控制器上需要為每一個伺服電機提供一個單獨的接口，控制器上提供的接口數量決定了系統支持伺服電機的數量，一定程度上限制了整個無人飛行器系統功能的擴展和升級，同時導致飛行控制器位置充滿雜亂的布線， 往往又對故障的排查和診斷造成障礙，每次由伺服電機引起的故障都往往帶來整機墜毀的嚴重後果，造成財產損失。
發明內容
為了克服現有的民用無人飛行器中安裝的航模用伺服電機僅為被動輸入控制方式，缺乏狀態反饋功能，同時接口形式不便於整機系統進行功能擴展和升級的不足。本發明提供一種由智能總線控制的伺服電機系統，該伺服電機系統由智能總線傳遞的指令驅動， 也可以通過總線向上反饋自身的運行狀態。同時所述伺服電機系統與飛行控制器之間通過總線的實現方法實現連接，大大增加了系統配置的靈活性，減少了布線，間接提高了系統可靠性。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是使用基於單片機的控制板對電機實施控制和監測，並為該控制板提供智能總線接口，為所有控制和監測功能提供相應的總線控制指令。伺服電機安裝有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、轉速位置傳感器，可以提供伺服電機的工作溫度、負載力矩、工作電流電壓、轉速和位置等信息，由每個伺服電機配置的基於單片機的控制板提供各傳感器輸出數據的AD轉換和採集以及總線數據接口功能。本發明的有益效果是可以向無人飛行器的飛行控制器上傳伺服電機的工作狀態信息，提供系統監測功能，伺服電機的數量和應用可以靈活配置，增強系統可擴展性，同時配線簡明，可靠性提高。本發明的另一個目的在於，提出了一種基於智能總線的無人飛行器伺服電機系統實現方法，依次包括以下步驟(1)伺服電機系統安裝有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、轉速位置傳感器， 可以提供伺服電機的工作溫度、負載力矩、工作電流電壓、轉速和位置等信息，由每個伺服電機系統配置的基於單片機的控制板提供各傳感器輸出數據的AD轉換和採集以及總線數據接口功能。
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(2)將伺服電機系統接入無人飛行器智能總線，系統初始上電，飛行控制器向總線廣播問詢報文。(3)伺服電機系統接收到問詢報文後將本伺服電機系統的訪問地址和設備屬性信息編製成回復報文發給飛行控制器。(4)飛行控制器收到所有連接在總線上的伺服電機系統的回覆報文，生成總線設備地址列表。(5)各伺服電機系統由飛行控制器發送的訪問指令驅動，伺服電機的控制板接收到針對該伺服電機系統地址的訪問指令，對指令進行解析，控制伺服電機按照指令運作，並根據訪問指令中的數據請求信息將伺服電機的狀態監測信息從總線接口回復給飛行控制
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下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是本發明應用的系統架構和傳統的伺服電機應用系統架構的區別示意圖。圖2是本發明的原理示意3是本發明的控制板單片機和通訊接口電路原理4是本發明的控制板外圍傳感器數據接口和電機驅動電路圖5是本發明的一個實施例示意圖
具體實施例方式在圖1中可以看到基於智能總線伺服電機的實現方法和基於傳統伺服電機的方式在應用系統架構上的不同，傳統的無人飛行器中的伺服控制結構為集中分布式，每一個伺服電機都需要由飛行控制器提供一個專用的控制埠。該系統中所有的伺服電機都由飛行控制器進行集中控制，飛行控制器向每個伺服電機分別下達運動指令，伺服電機不向飛行控制器傳遞任何信息，本文提出的智能總線伺服電機實現方法則將每個伺服電機封裝為一個總線通訊單元，可以在總線上接受和發送信息，如圖所示，飛行控制器只需安裝一個總線接口，所有的伺服電機系統都作為總線單元連接在總線上，大大簡化了整機布線的結構。在整機初始上電時，飛行控制器向總線發出廣播問訊數據包，以了解總線上所連接的所有總線單元。當總線單元收到此問訊信息時，發送反饋數據包，反饋信息包括本單元訪問地址、功能、特別屬性等信息。飛行控制器收到全部反饋信息後可生成總線設備列表，自動選擇控制策略和方式。在運行中，飛行控制器的伺服電機運行指令直接轉換成通訊代碼以總線數據包的方式下達給總線上的伺服電機，通過在數據指令中指定伺服電機的訪問地址來選擇被控對象。使用智能總線的另一個優越性是可以對每個伺服電機的工作狀態進行了解，智能總線伺服電機系統都安裝有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、轉速位置傳感器，可以提供伺服電機的工作溫度、負載力矩、工作電流電壓、轉速和位置等信息，由每個伺服電機配置的基於單片機的控制板提供工作狀態的AD轉換和採集以及總線收發功能。飛行控制器定周期對每個連接在總線上的伺服電機進行工作狀態的問訊，以監控和掌握整機伺服系統的工作情況。圖2是智能總線伺服電機系統的原理示意圖。在圖2中伺服電機1使用光電編碼
4盤3作為位置和速度傳感器，溫度傳感器2用來監控伺服電機1的溫度，電流傳感器4用於監控伺服電機1的通過電流，電壓傳感器5用於監控伺服電機1的負載電壓，所有傳感器和電機都連接到基於單片機的控制板6上，控制板6提供所有傳感器的A/D轉換和數據採集處理，提供伺服電機1的驅動控制，並通過板上提供的總線接口提供操作功能，可以通過總線7向伺服電機下達控制指令，請求各種電機狀態反饋信息。圖2是智能總線伺服電機系統控制板的單片機和總線接口電路。採用了 AtmegaS 單片機(U3)作為控制板處理核心。使用SN65VHD230晶片(U6)作為CAN總線驅動接口，與 AtmegaS單片機的串行數據接口相連，為AtmegaS單片機提供了 CAN總線通訊能力。並使用了 M0RNSUN-IA0512KP電源轉換模塊(U2)，將電路供電VCC轉換供信號放大調理電路使用的正負12V電源。智能總線伺服電機系統對外接口 P4為5線接插件，包括電機供電DC12V，電路供電VCC，CAN總線的高電平線和低電平線，地線。圖3是單片機外圍的信號放大調理電路和電機驅動電路。電機驅動電路由 LMD18M5T驅動晶片(U4)組成，LMD18M5T晶片接收單片機的控制指令並將之轉換為電機的驅動電壓，該驅動電壓通過兩線接口 Pl與伺服電機相連；伺服電機的電流由霍爾傳感器 CHB-25NP(U1)採集，其輸出的模擬信號接入單片機的ADCO模數轉換通道；伺服電機的電壓信號由AD620差分運算放大器(U7)進行採集和信號放大調理，模擬信號輸出接入單片機的 ADC2數模轉換通道；伺服電機溫度由溫度傳感器採集，通過接口 P3接入控制板，由AD620 差分運算放大器(TO)進行信號的放大調理，最終輸入單片機的ADCl模數轉換通道；光電編碼盤通過接口 P2連接到單片機的串行數據接口，直接從串行數據接口讀取電機的位置和速度信息。圖5為本發明一個實施例。整個智能總線伺服電機由伺服電機1、電機溫度傳感器 2、光電編碼盤3、控制板6、封裝殼體8組成，智能總線採用航空插頭9來連接。上面所述的實施例僅僅對本發明的優選實施方式進行了描述，並非對本發明的構思和範圍進行限定，在不脫離本發明設計構思前提下，本領域的技術人員對本發明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發明的保護範圍，本發明請求保護的技術內容，已經全部記載在權利要求書中。
權利要求
1.一種用於無人飛行器智能總線伺服電機的實現方法，其特徵是該方法運用的伺服電機包括控制驅動電路和多個電機狀態傳感器，並通過控制驅動電路提供的智能總線接口控制電機和獲取電機反饋狀態參數。
2.根據權利要求1所述的用於無人飛行器智能總線伺服電機的實現方法，其特徵是 所述伺服電機包括電流傳感器、電壓傳感器、位置傳感器、轉速傳感器和溫度傳感器進行狀態監測。
3.根據權利要求1所述的智能總線伺服電機，其特徵是智能總線接口採用了航空插頭形式進行連接。
4.一種用於無人飛行器智能總線伺服電機的實現方法，依次包括以下步驟(1)伺服電機系統安裝有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、轉速位置傳感器，可以提供伺服電機的工作溫度、負載力矩、工作電流電壓、轉速和位置等信息，由每個伺服電機系統配置的基於單片機的控制板提供各傳感器輸出數據的AD轉換和採集以及總線數據接口功能；(2)將伺服電機系統接入無人飛行器智能總線，系統初始上電，飛行控制器向總線廣播問詢報文；(3)伺服電機系統接收到問詢報文後將本伺服電機系統的訪問地址和設備屬性信息編製成回復報文發給飛行控制器；(4)飛行控制器收到所有連接在總線上的伺服電機系統的回覆報文，生成總線設備地址列表；(5)各伺服電機系統由飛行控制器發送的訪問指令驅動，伺服電機的控制板接收到針對該伺服電機系統地址的訪問指令，對指令進行解析，控制伺服電機按照指令運作，並根據訪問指令中的數據請求信息將伺服電機的狀態監測信息從總線接口回復給飛行控制器。
全文摘要
本發明提出了一種基於智能總線的無人飛行器伺服電機的實現方法。本發明解決其技術問題所採用的方法是使用基於單片機的控制板對伺服電機實施控制和監測，並為該控制板提供智能總線接口，為所有控制和監測功能提供相應的總線控制指令。伺服電機安裝有電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、轉速位置傳感器，可以提供伺服電機的工作溫度、負載力矩、工作電流電壓、轉速和位置等信息，由每個伺服電機配置的單片機控制板進行傳感器輸出信號的AD轉換和採集以及總線收發功能。本發明的有益效果是可以向無人飛行器的飛行控制器上傳伺服電機的工作狀態信息，提供系統監測功能，伺服電機的數量和應用可以靈活配置，增強系統可擴展性，同時配線簡明，可靠性提高。
文檔編號G05B19/048GK102520656SQ20111042256
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者張旭, 李賀春 申請人:新時代集團國防科技研究中心