CN201017202Y - 舵机控制器 - Google Patents

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高同跃
龚振邦
罗均
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Abstract

本实用新型涉及一种舵机控制器。它包括连接主控***的舵机控制模块，舵机控制模块的信号输入口连接接收机而信号输出口连接舵机，舵机控制模块由输入隔离模块、单片机、控制模块切换单元和输出隔离模块构成；输入和输出隔离模块均采用具有四路隔离单元的数字隔离器。本实用新型功耗低、高可靠性、高冗余、体积小，适用于超小型无人机飞控***。

Description

舵机控制器
技术领域
本实用新型涉及一种舵机控制器，主要应用于超小型无人机飞控***，属于无人机技术领域。
背景技术
在无人机***中，采用PWM波信号控制的舵机是重要的执行机构，它是无人机的动力来源。而且，舵机控制器一般都被分离出来作为独立模块，主要目的是避免遥控信号对主控***的干扰；然后舵机控制器通过数字端口与主控制***通讯，根据主控***发送的控制信号进行舵机控制，从而实现各种飞行动作。
目前的舵机控制器存在一些问题，例如往往采用光电耦合器对每路PWM信号进行信号隔离，这种设计方式给控制器***增加了过多的功耗和体积；另外，遥控和自主切换电路都仅利用单片机采集飞行模式切换信号来控制舵机工作模式，而没有可靠的冗余设计，这种设计方式在单片机出现程序跑飞等情况下会发生坠机等危险事件。
实用新型内容
本实用新型目的在于对舵机控制器在信号隔离和工作模式切换等技术上存在的问题加以解决，提供一种高可靠、高冗余、功耗低、体积小的舵机控制器。
为达到上述目的，本实用新型的构思为：所提供的舵机控制器包含输入隔离模块、单片机、控制模式切换单元和输出隔离模块，而控制模式切换单元又包含硬件模式切换模块、与门阵列模块和模拟开关阵列模块；其中，输入隔离模块输出所有信号与单片机的PWM采集端口相联接，输入隔离模块输出的遥控舵机信号与硬件模式切换模块相联接，输入隔离模块输出的遥控切换信号与模拟开关阵列的常闭端口相连接，单片机PWM输出端口与模拟开关阵列的常开端口相连接，单片机输出的软件切换信号和与门阵列相联接，而与门阵列的输出与模拟开关阵列的控制端相联接，模拟开关阵列的公共端与输出隔离模块相联接。工作时接收机和舵机分别连接到输入隔离模块和输出隔离模块，即舵机控制器串连与直升机的接收机和舵机之间，然后根据飞控算法实现舵机控制功能。输入隔离模块和输出隔离模块均采用具有四路隔离单元的数字隔离器。
根据上述的实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案：
一种舵机控制器，包括一个连接主控***的舵机控制模块，舵机控制模块的信号输入口连接接收机而信号输出口连接舵机，其特征在于舵机控制模块由一块输入隔离模块、一个单片机、一个控制模式切换单元和一个输出隔离模块构成；从接收机来的遥控舵机信号和遥控切换信号经输入隔离模块连接至单片机和控制模块切换单元的信号输入口；单片机连接主控***，而其软件切换信号输出和自主舵机信号输出均连接至控制模式切换单元的对应输入口；控制模式切换单元的舵机信号输出经输出隔离模块连接至舵机；所述的输入隔离模块和输出隔离模块均采用具有四路隔离单元的数字隔离器。
上述的控制模式切换单元由一个模拟开关阵列模块、一个硬件模式切换模块和一个与门阵列模块构成；所述的从输入隔离模块来的遥控舵机信号连接至模拟开关阵列模块的常闭端，从输入隔离模块来的遥控切换信号连接至硬件模式切换模块的一个输入口，从单片机来的软件切换信号和从硬件模式切换模块输出的硬切换信号分别过接至与门阵列模块的两个输入口，与门阵列模块输出的切换信号连接至模拟开关阵列模块的控制端，从单片机输出的自主舵机信号连接至模拟开关阵列模块的常开端，模拟开关阵列模块的公共端输出舵机信号连接至舵机。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点：
本实用新型采用数字隔离器进行输入和输出信号隔离，数字隔离器较光电耦合器的封装小，并且每个数字隔离器具有四路隔离单元，所以较以往产品采用光电耦合器进行信号隔离在功耗和成本上都有较大的优势；在试飞调试过程中，由于各种因素，例如外界风的干扰、控制算法等问题，很多时候都需要把飞机由自主飞行状态切换为遥控状态，修改参数之后再进行自主飞行，另外，调参过程中，往往需要某一个舵机通道处于自主飞行状态，而其他舵机通道处于遥控状态，所以，舵机控制器需要具有各个舵机通道独立的遥控飞行模式和自主飞行模式的切换功能，而且该功能必须具有非常高的可靠性，否则将会出现坠机等严重的后果；本实用新型的切换单元除了像以往产品由单片机采集模式切换信号的软件实现方式外，还采用了由硬件模式切换电路、与门阵列和模拟开关阵列组成的硬件单元，采用该冗余设计方法后，在遥控飞行状态下，切换信号通过硬件模式切换电路和与门阵列，令模拟开关处于公共端与常闭端相连的状态，即舵机控制信号与遥控舵机信号相连，从而使无人机直接受控于遥控器，所以，即使出现单片机程序跑飞等现象，也可以安全可靠的控制无人机飞行。总之，采用上述设计方案的产品具有功耗低、体积小、可靠性高、冗余性能好等特点。
附图说明
图1是本实用新型的一个实例的***结构框图。
图2是图1中控制模式切换单元的结构框图。
图3是图2中硬件模式切换模块的原理图。
图4是图2中与门阵列采用的与门信号连接图。
图5是图2中模拟开关阵列采用的元件原理示意图。
具体实施方式
本实用新型的一个优选实施例结合附图详述如下：
参照图1，本舵机控制器包括一个连接主控***6的舵机控制模块9，舵机控制模块9的信号输入口连接接收遥控器1发射遥控信号的接收机2，而信号输出口连接舵机8，舵机控制模块9由一块输入隔离模块3、一个单片机5、一个控制模式切换单元4和一个输出隔离模块7构成。上述的输入隔离模块3和输出隔离模块7均采用具有四路隔离单元的数字隔离器。
参照图2，上述的控制模式切换单元4由硬件模式切换模块12、与门阵列模块11和模拟开关阵列模块10组成；具体而言，输入隔离模块3输出的遥控舵机信号与硬件模式切换模块12相联接，输入隔离模块3输出的遥控切换信号与模拟开关阵列10的常闭端口相连接，单片机5的PWM输出端口连接与模拟开关阵列10的常开端口，单片机5输出的软件切换信号连接到与门阵列11输入端，而与门阵列11的输出端与模拟开关阵列的控制端相联接。
参照图3，舵机控制器的硬件模式切换电路12由四阶巴特沃斯滤波器12和比较电路14组成，具体而言，首先遥控切换信号连接于由OP491芯片组成的四阶巴特沃斯低通滤波器1 3后被转换为模拟信号，然后该模拟信号与LM339芯片组成的比较电路14相联接，从而实现了硬件判断无人机控制模式的功能。
参照图4，舵机控制器的与门阵列11采用74HC08芯片组成，实现了软件和硬件同时控制每路舵机通道飞行模式的功能，具体而言，每路与门的一输入端均连接硬件模式切换电路12输出的硬件切换，另一输入端分别连接单片机5输出的一路软件切换信号，输出端连接于模拟开关阵列的控制端。
参照图5，舵机控制器的与模拟开关阵列10采用模拟开关芯片MAX394组成；具体而言，与门阵列11输出的切换控制信号连接模拟开关MAX394芯片的控制端，输入隔离器3输出的遥控舵机信号连接模拟开关的常闭端，单片机5输出的自主舵机控制信号连接模拟开关的常开端；以某舵机通道为例，在遥控状态下，模拟开关的公共端与常闭端相连，即舵机控制信号与隔离后的遥控舵机信号相连，在自主状态下，模拟开关的公共端与常开端相连，即舵机控制信号与自主舵机信号相连，从而，实现了各个舵机通道独立的遥控和自主控制模式切换功能。

Claims (2)

1.一种舵机控制器，包括一个连接主控***(6)的舵机控制模块(9)，舵机控制模块(9)的信号输入口连接接收机(2)，而信号输出口连接舵机(8)，其特征在于舵机控制模块(9)由一块输入隔离模块(3)、一个单片机(5)、一个控制模式切换单元(4)和一个输出隔离模块(7)构成；从接收机(2)来的遥控舵机信号和遥控切换信号经输入隔离模块(3)连接至单片机(5)和控制模块切换单元(4)的信号输入口；单片机(5)连接主控***，而其软件切换信号输出和自主舵机信号输出均连接至控制模式切换单元(4)的对应输入口；控制模式切换单元(4)的舵机信号输出经输出隔离模块(7)连接至舵机(8)；所述的输入隔离模块(3)和输出隔离模块(7)均采用具有四路隔离单元的数字隔离器。
2.根据权利要求1所述的舵机控制器，其特征在于所述的控制模式切换单元(4)由一个模拟开关阵列模块(10)、一个硬件模式切换模块(12)和一个与门阵列模块(11)构成；所述的从输入隔离模块(3)来的遥控舵机信号连接至模拟开关阵列模块(10)的常闭端，从输入隔离模块(3)来的遥控切换信号连接至硬件模式切换模块(12)的一个输入口，从单片机(5)来的软件切换信号和从硬件模式切换模块(12)输出的硬切换信号分别过接至与门阵列模块(11)的两个输入口，与门阵列模块(11)输出的切换信号连接至模拟开关阵列模块(10)的控制端，从单片机(5)输出的自主舵机信号连接至模拟开关阵列模块(10)的常开端，模拟开关阵列模块(10)的公共端输出舵机信号连接至舵机(8)。
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