CN110104190A - 一种植保无人机航电*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种植保无人机航电***，包括分电板一和分电板二，分电板一上设有多路接口，飞行控制单元通过分电板一上的接口与多个模块进行转接；所述分电板一上集成设置喷洒调节单元，所述喷洒调节单元与飞行控制单元通过串口连接；所述分电板一上还设有多路DCDC降压模块，通过DCDC降压模块为无人机上的不同模块供电；所述分电板二通过接口连接锂电池，用于完成动力电调电源的分配、以及为分电板一供电。本发明所述的植保无人机航电***采用分电板一与分电板二的叠层设计，分电板二完成电动六旋翼植保无人机六个动力电调的电源分配，并提供其他航电设备供电接口。

Description

一种植保无人机航电***

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其是涉及一种植保无人机航电***。

背景技术

目前电动六旋翼植保无人机一般采用高能量密度的锂电池作为动力源，锂电池能量传递到动力电调等负载设备一般采用布置线缆的方式，即在动力电调、其他航电设备安装位置就近焊接插头为其提供电源，六旋翼无人机平台内部线缆布置易形成较大电流环路面积，根据电磁辐射原理，当突变的电流流经导线环路时，在空间产生电磁场通过辐射的方式影响其他电子产品，且辐射的强度与电源地线环路面积呈正比例关系。飞行控制单元安装在电动六旋翼植保无人机机体平台中，磁场辐射会对电动六旋翼植保无人机飞行安全产生一定的影响。

电动六旋翼植保无人机控制***各部件种类较多连接关系比较复杂。飞行控制单元与导航定位模块、磁力计模块、LED指示灯、动力电调控制信号、无线数据传输设备均具备电气连接关系，飞行控制单元主要数据流信号集中在一个接插件上，在与不同安装位置的模块进行连接时不可避免存在交叉，不利于***首次上电前模块硬件连接关系检查、故障排查。喷洒调节单元与无人机夜航灯、药泵电调、飞行控制单元、数据采集单元均存在连接关系。电动六旋翼植保无人机***中电子部件种类较多，电源连接关系相对也比较复杂，在有限的机体平台空间增加了线缆的布置难度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种植保无人机航电***，以解决现有的无人机航电***布线复杂，不仅不便于安装、检修，并且影响无人机的正常飞行的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种植保无人机航电***，包括分电板一和分电板二，分电板一上设有多路接口，飞行控制单元通过分电板一上的接口与多个模块进行转接；

所述分电板一上集成设置喷洒调节单元，所述喷洒调节单元与飞行控制单元通过串口连接；

所述分电板一上还设有多路DCDC降压模块，通过DCDC降压模块为无人机上的不同模块供电；

所述分电板二通过接口连接锂电池，用于完成动力电调电源的分配、以及为分电板一供电。

进一步的，所述分电板一和分电板二通过铜柱连接安装，形成上下叠层结构。

进一步的，所述飞行控制单元通过FFC软线排连接分电板一上的接口，分线板一与FFC软线排对应的接口另一端设有导航定位模块接口、磁力计模块接口、LED指示灯接口、无线传输设备接口、12S锂电池电压采集接口、USB调试接口；

飞行控制单元与喷洒调节单元之间也通过FFC软线排连接。

进一步的，所述分电板一上还设有动力电调控制接口，飞行控制单元通过防反插舵机线连接动力电调控制接口，所述动力电调控制接口的另一端连接无人机的动力电机。

进一步的，所述DCDC降压模块为4路，一路用于为飞行控制单元的主供电电源，一路为喷洒调节单元供电，并作为飞行控制单元的备用供电电源，一路为无线传输设备、夜航灯、喷洒调节单元供电，一路为药泵电调供电。

进一步的，所述分电板一上还设有数据采集单元接口，所述数据采集单元通过接口连接喷洒调节单元；

所述数据采集单元上设有三个毫米波雷达接口，通过三个毫米波雷达接口连接三个毫米波雷达，所述数据采集单元上还设有流量计接口和液位计接口。

进一步的，所述分电板二连接两块6S锂电池，两块6S锂电池通过分电板二上的接口串联；

所述分电板二上设有六个XT90母头，用于为动力电机提供电源动力；

所述分电板二上还设有12S电源接口；

所述分电板二上还设有两个6S电源的供电接口。

相对于现有技术，本发明所述的植保无人机航电***具有以下优势：

(1)本发明所述的植保无人机航电***采用分电板一与分电板二的叠层设计，分电板二完成电动六旋翼植保无人机六个动力电调的电源分配，并提供其他航电设备供电接口；通过采用分电板动力电源分配方案减小了电源地线电流环形回路面积，相比之前布置线缆连接动力电调方式降低了磁场辐射强度，提高了飞行的安全性。对分电板二的电源分配方案的设计相比之前动力线缆布置更加整洁、制作效率显著提高。

(2)本发明所述的植保无人机航电***为提高植保无人机各航电设备线缆布置的规范性，本发明采用飞行控制单元通过分电板一与外部模块进行连接的方式。分电板一信号接插件位置充分考虑外部模块安装位置，接插件物理形式结合外部模块通用接口进行匹配设计，分电板一与飞行控制单元之间采用0.5mm 50pin FFC软排线、2.54cm 3pin公对公防反插舵机线连接，降低走线的复杂程度。通过FFC软排线的改进可完成40余种信号线的传输，减少了装配时间，增加了装配时的可靠性。分电板一与模块连接线缆多采用AVVR-4*0.12、AVVR-6*0.12制作1.25mm间距端子形式，该线缆带护套使线缆布置整洁、连接关系清晰。分电板一集成了喷洒调节单元功能、4路DCDC降压模块，信号通过单板印制线连接提高了信号线的密度、连接的可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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：

图1为本发明实施例所述的植保无人机航电***原理框图；

图2为本发明实施例所述的分线板一结构图；

图3为本发明实施例所述的分线板二结构图；

图4为本发明实施例所述的数据采集单元结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种植保无人机航电***应用在六翼植保无人机上，包括分电板一和分电板二，分电板一上设有多路接口，飞行控制单元通过分电板一上的接口与多个模块进行转接；

所述分电板一上集成设置喷洒调节单元，所述喷洒调节单元与飞行控制单元通过串口连接；

所述分电板一上还设有多路DCDC降压模块，通过DCDC降压模块为无人机上的不同模块供电；

所述分电板二通过接口连接锂电池，用于完成动力电调电源的分配、以及为分电板一供电。

喷洒调节单元以STM32F4系列微处理器为主控芯片。

分电板一、分电板二通过M2.5x8的铜柱进行连接，分电板一设置在分电板二的上方，形成上下叠层结构。

六翼植保无人机航电***采用分电板一与分电板二的叠层设计，分电板二完成15Kg载重的电动六旋翼植保无人机六个动力电调的电源分配，并提供其他航电设备供电接口。通过采用分电板动力电源分配方案减小了电源地线电流环形回路面积，相比之前布置线缆连接动力电调方式降低了磁场辐射强度，提高了飞行的安全性。对分电板二的电源分配方案的设计相比之前动力线缆布置更加整洁、制作效率显著提高。

结合电动六旋翼植保无人机***功能，对分电板一进行了集成化设计除具备基本飞行控制单元安装、信号接口功能外，集成了DCDC降压模块、喷洒调节单元功能。药箱中药量的检测通过流量计、液位计、药泵电流等数据实现药量报警功能，提高了报警的准确性。对影响飞行安全的飞行控制单元进行了供电电源、IMU惯性模块备份设计。喷洒调节单元采用双药泵的设计实现前喷洒、后喷洒、全喷洒的组合控制，通过前喷洒、后喷洒的作业模式保证流量在0.8L/min左右时喷洒的雾化效果。分电板一接口形式多采用XT30插座、XT60插座、Molex 53261系列插座、Molex 53398系列插座、2.54cm间距排针接口，对线缆颜色进行统一定义，提高***快速集成化水平。数据采集单元除采集流量计、液位计数据信息外，对安装在药箱上的毫米波雷达数据也进行采集，雷达数据最终通过喷洒调节单元回报到飞行控制单元，相比毫米波雷达数据直接回报给飞行控制单元的方式，优化了线缆连接方式。

如图1至图3所示，所述飞行控制单元通过FFC软线排连接分电板一上的接口，分线板一与FFC软线排对应的接口另一端设有导航定位模块接口、磁力计模块接口、LED指示灯接口、无线传输设备接口、12S锂电池电压采集接口、USB调试接口；

飞行控制单元与喷洒调节单元之间也通过FFC软线排连接。飞行控制单元电源正极、负极分别采用4线并联传输方式，对FFC排线进行降额设计，提高飞行控制单元电源线路设计的裕量。分电板一对飞行控制单元电源数据流通过FFC软排线的接口进行转接，并与***模块电源、地线、信号进行匹配。

分电板一上的P1为飞行控制单元的LED指示灯预留的电源信号接口，通过该灯颜色指示飞行控制单元的状态信息。分电板一上的P2为飞行控制单元的外置磁力计模块预留的电源信号接口，磁力计数据根据当前植保无人机姿态进行数据计算后可提供植保无人机航向信息。为方便调试把飞行控制单元USB调试接口进行了延长，P3为延长线的一端接口，延长线的另外一端MICRO USB母座端固定在机体平台上。P4为3排7列2.54cm间距直针，连接飞行控制单元电调控制信号并通过M1～M6连接动力电调控制信号线，同时P4为飞行控制单元提供备用电源接口。P5、P15分别为右药泵、左药泵电调供电控制接口，其中供电接口采用XT30母头，控制接口采用单排3列2.54cm间距弯针实现与药泵电调直接对插，药泵电调里电机相线端通过MT30插头与药泵进行对插。P6为无线传输设备供电控制接口，采用双排3列2.54cm间距弯针实现，通过防反插舵机线与无线传输设备进行连接，其中下排为数据接口，上排为电源接口。P7、P13分别为右绿夜航灯、左红夜航灯供电控制接口，通过喷洒调节单元实现夜航灯慢闪、交替闪模式控制，板级接口采用XT30母头，通过一条XT30公头转XT30母头延长线实现与夜航灯XT30公头接口连接。P8为分电板一的12S电源输入接口，该接口通过线缆焊接XT60公头实现与分电板二上12S电源接口的连接，为***航电设备提供电源接口。P9为飞行控制单元差分板卡数据预留接口。P10为飞控控制单元导航模块接口，接口物理形式、线缆网表定义根据导航模块设计。P11为分电板I与飞行控制单元电源数据流接口，该接口采用FFC排线插座设计极大的提高了集成效率。P12为喷洒调节单元与数据采集单元接口，通过该接口实现数据采集单元供电、数据的传输。P14为DC5V直流风扇接口，当检测到温度过高时喷洒调节单元控制风扇实现平台内部温度调节。

所述分电板一上还设有动力电调控制接口，飞行控制单元通过防反插舵机线连接动力电调控制接口，所述动力电调控制接口的另一端连接无人机的动力电机。飞行控制单元动力电调控制接口通过6条防反插舵机线与分电板一位号为P4插针(3排7列2.54cm间距直针)连接，动力电调控制信号经过分电板一的M1～M6(单排3列2.54cm间距直针)与电调控制信号接口(3pin2.54cm间距插头)进行连接，使***连线更加简单、整洁，避免了电调控制信号线缆交叉。同时喷洒调节单元DCDC降压模块的5V通过P4插针为飞行控制单元提供备用电源，当飞行控制单元的5V降压模块出现异常时，飞行控制单元的电源路径管理模块自动切换到备用电源供电，避免出现因5V降压模块异常出现飞行控制单元不能正常工作的情况。

所述DCDC降压模块为4路，一路用于为飞行控制单元的主供电电源，一路为喷洒调节单元供电，并作为飞行控制单元的备用供电电源，一路为无线传输设备、夜航灯、喷洒调节单元供电，一路为药泵电调供电。如图1所示，DCDC降压模块1为飞行控制单元的主供电电源，DCDC降压模块3为飞行控制单元备用电源，同时为喷洒调节单元提供电源。飞行控制单元的电源数据流通过分电板一与无线传输设备、磁力计模块、导航定位模块、LED指示灯、动力电调进行信号的连接，除无线传输设备、动力电调电源外上述模块电源由飞行控制单元提供并进行过压、过流监测。飞行控制单元与喷洒调节单元之间有一个全双工串口进行数据交互，喷洒调节单元的数据通过飞行控制单元的无线传输设备进行数据的传输。DCDC降压模块2为无线传输设备、夜航灯提供电源，喷洒调节单元可实现夜航灯控制。DCDC降压模块4为药泵电调提供电源，喷洒调节单元能采集药泵电流信息，判断药泵状态运行状态。

4路DCDC降压模块采用集中式电源设计的方式对***进行供电匹配设计。喷洒调节单元模块与飞行控制单元进行数据交互，通过接收飞行控制单元的喷洒控制指令完成双药泵的控制，实现喷洒***的前喷、后喷、全喷的控制模式，通过前喷、后喷的喷洒***设计可以保证在流量较低时的喷洒效果。喷洒调节单元通过采集每个药泵的电流信息，可以监测药泵的工作状态，为用户提供药泵及其管路是否需要排气提示信息。

4路DCDC降压模块，具备24V/3A药泵电调的独立供电能力，具备12V/2A无线传输设备的独立供电能力，实现了喷洒调节单元5V/2A、飞行控制单元5V/2A独立供电，其中喷洒调节单元5V为飞行控制单元的备用电源，实现飞行控制单元不间断供电，5V直流电源还用于为散热扇供电。

喷洒调节单元通过MOS管的开关状态完成红、绿夜航灯慢闪、交替闪的模式控制，实现植保无人机夜航示阔、照明功能，并提示用户当前夜航灯工作状态。喷洒调节单元能感知机体平台内部温度信息，当温度过高时实现温度报警同时开启散热风扇进行风冷散热，当温度下降到合理范围时关闭风扇。

所述分电板一上还设有数据采集单元接口，所述数据采集单元通过接口连接喷洒调节单元；数据采集单元以STM32F1系列微处理器为主控芯片。

如图4所示，所述数据采集单元上设有三个毫米波雷达接口，通过三个毫米波雷达接口连接三个毫米波雷达，所述数据采集单元上还设有流量计接口和液位计接口。数据采集单元对液位计开关信号、流量计的脉冲信号、毫米波雷达串口数据进行数据处理并发送到分电板一上的喷洒调节单元功能模块，喷洒调节单元完成雷达数据处理后传输至飞行控制单元。P16为喷洒调节单元与数据采集单元接口，与分电板一上P12功能相同。考虑到分电板一与数据采集单元线缆长度较长，P12与P16电源地线部分均采用双线并联设计，降低供电线缆上的损耗。P17、P18为毫米波雷达接口，其中P17可提供一个毫米波雷达电源信号接口、P18可以同时连接2个毫米波雷达，为飞行控制单元提供定高数据。P19为流量计、液位计电源信号接口。数据采集单元均采用Molex 53398系列插座，易于部件集成。

如图3所示，分电板二提供***12S锂电池电源输入、电源分配功能，通过分电板二内部实现两块6S锂电池的串联，通过XT90母头实现6个电调12S动力电源的输入，通过2个XT60母头提供12S电源接口，2XT60母头提供6S电源的供电接口。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种植保无人机航电***，其特征在于：包括分电板一和分电板二，分电板一上设有多路接口，飞行控制单元通过分电板一上的接口与多个模块进行转接；

所述分电板一上集成设置喷洒调节单元，所述喷洒调节单元与飞行控制单元通过串口连接；

所述分电板一上还设有多路DCDC降压模块，通过DCDC降压模块为无人机上的不同模块供电；

所述分电板二通过接口连接锂电池，用于完成动力电调电源的分配、以及为分电板一供电。

2.根据权利要求1所述的植保无人机航电***，其特征在于：所述分电板一和分电板二通过铜柱连接安装，形成上下叠层结构。

3.根据权利要求1所述的植保无人机航电***，其特征在于：所述飞行控制单元通过FFC软线排连接分电板一上的接口，分线板一与FFC软线排对应的接口另一端设有导航定位模块接口、磁力计模块接口、LED指示灯接口、无线传输设备接口、12S锂电池电压采集接口、USB调试接口；

飞行控制单元与喷洒调节单元之间也通过FFC软线排连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的植保无人机航电***，其特征在于：所述分电板一上还设有动力电调控制接口，飞行控制单元通过防反插舵机线连接动力电调控制接口，所述动力电调控制接口的另一端连接无人机的动力电机。

5.根据权利要求1所述的植保无人机航电***，其特征在于：所述DCDC降压模块为4路，一路用于为飞行控制单元的主供电电源，一路为喷洒调节单元供电，并作为飞行控制单元的备用供电电源，一路为无线传输设备、夜航灯、喷洒调节单元供电，一路为药泵电调供电。

6.根据权利要求1所述的植保无人机航电***，其特征在于：所述分电板一上还设有数据采集单元接口，所述数据采集单元通过接口连接喷洒调节单元；

所述数据采集单元上设有三个毫米波雷达接口，通过三个毫米波雷达接口连接三个毫米波雷达，所述数据采集单元上还设有流量计接口和液位计接口。

7.根据权利要求1所述的植保无人机航电***，其特征在于：所述分电板二连接两块6S锂电池，两块6S锂电池通过分电板二上的接口串联；

所述分电板二上设有六个XT90母头，用于为动力电机提供电源动力；

所述分电板二上还设有12S电源接口；

所述分电板二上还设有两个6S电源的供电接口。