CN111007778A - 一种无人机双余度检测及控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种无人机双余度检测及控制系统，包括飞控计算机系统、舵机系统和电源，飞控计算机系统分别输出控制信号至第一检测模块和第二检测模块，通过采用双余度系统，当第一检测模块检测到舵机上或者主控制线路发生故障时，第二检测模块接收到第一检测模块的故障信息通过控制继电器开关使第一检测模块断电，飞控计算机系统通过第二检测模块继续进行检测及控制无人机，提高无人机的飞行安全和可靠性，防止安全事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体涉及一种无人机双余度检测及控制系统。
背景技术
检测及控制系统是无人机飞行控制系统的重要组成部分，通常通过检测装置对无人机上的舵机系统进行检测，检测装置采集无人机上的数据进行计算处理，再通过相应的控制算法来控制无人机的飞行目的，但现有的只在无人机上安装一套检测控制设备，而该检测控制设备发生故障，则无人机容易发生安全事故，安全性和可靠性低。
发明内容
为解决上述现有技术的安全性和可靠性低，容易发生安全事故缺陷，本发明提供一种安全可靠的无人机双余度检测及控制系统。
本发明的技术方案是：一种无人机双余度检测及控制系统，包括飞控计算机系统、舵机系统和电源，所述飞控计算机系统分别连接有第一检测模块和第二检测模块，且所述第一检测模块与所述第二检测模块连接，所述舵机连接有第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器、第一电位计和第二电位计，所述第一检测模块依次连接有第一信号处理模块和第一驱动模块，所述第二检测模块依次连接有第二信号处理模块和第二驱动模块，所述第一检测模块与第一电位计连接，所述第二检测模块与第二电位计连接，所述第一信号处理模块与第一霍尔位置传感器连接，所述第二信号处理模块与第二霍尔位置传感器连接，所述舵机分别与第一驱动模块和第二驱动模块连接，所述第一驱动模块与第一检测模块连接，所述第二驱动模块与第二检测模块连接；
所述飞控计算机系统分别输出控制信号至第一检测模块和第二检测模块，所述第一检测模块通过第一电位计检测舵机的倾斜角数据，所述第一检测模块输出PWM控制信号及方向信号至第一信号处理模块，所述第一信号处理模块通过第一霍尔位置传感器检测舵机的霍尔信号并结合PWM控制信号及方向信号进行处理，并输出PWM控制信号至第一驱动模块，所述第一驱动模块将PWM控制信号进行隔离、放大并驱动舵机，所述第一检测模块检测第一检测模块至第一驱动模块上是否发生故障；
当所述第二检测模块接收第一检测模块检测到故障时，所述第二检测模块使所述第一检测模块关闭，所述第二检测模块通过第二电位计检测舵机的倾斜角数据，所述第二检测模块输出PWM控制信号及方向信号至第二信号处理模块，所述第二信号处理模块通过第二霍尔位置传感器检测舵机的霍尔信号并结合PWM控制信号及方向信号进行处理，并输出PWM控制信号至第一驱动模块，所述第二驱动模块将PWM控制信号进行隔离、放大并驱动舵机，所述第二检测模块检测第二检测模块至第二驱动模块上是否发生故障；
所述电源分别为第一检测模块、第一信号处理模块、第一驱动模块、第二检测模块、第二信号处理模块和第二驱动模块供电。
优选的，在所述第一检测模块与所述第二检测模块之间设有备份传输线和串口芯片。
优选的，所述舵机包括6个。
优选的，在第一检测模块和第一信号处理模块之间每一个舵机控制设有1条PWM控制信号输出线和2条方向信号输出线，在第一信号处理模块和第一驱动模块之间设有6条与舵机相对应的信号线。
优选的，在第二检测模块和第二信号处理模块之间每一个舵机控制设有1条PWM控制信号输出线和2条方向信号输出线，在第二信号处理模块和第二驱动模块之间设有6条与舵机相对应的信号线。
优选的，在所述第一电位计与第一检测模块之间设有第一模数转换器。
优选的，在所述第二电位计和第二检测模块之间设有第二模数转换器。
优选的，在所述第一检测模块与第一驱动模块之间设有第一电流检测器。
优选的，在所述第二检测模块与第二驱动模块之间设有第二电流检测器。
本发明的有益效果：本发明通过采用双余度系统，当第一检测模块检测到舵机上或者主控制线路发生故障时，第二检测模块接收到第一检测模块的故障信息通过控制继电器开关使第一检测模块断电，飞控计算机系统通过第二检测模块继续进行检测及控制无人机，提高无人机的飞行安全和可靠性，防止安全事故发生。
附图说明
图1为本发明电路模块图；
图2为实施一电路图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明技术方案如下:一种无人机双余度检测及控制系统，如图1所示，包括飞控计算机系统、舵机和电源，飞控计算机系统分别连接有第一检测模块和第二检测模块，且第一检测模块与第二检测模块连接，舵机连接有第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器、第一电位计和第二电位计，舵机包括电机，在电机上设置有第一线圈绕组和第二线圈绕组，第一霍尔位置传感器和第二霍尔位置传感器分别用于检测电机当前位置，第一电位计和第二电位计用于检测舵机的倾斜角，第一检测模块依次连接有第一信号处理模块和第一驱动模块，第二检测模块依次连接有第二信号处理模块和第二驱动模块，第一检测模块与第一电位计连接，第二检测模块与第二电位计连接，第一信号处理模块与第一霍尔位置传感器连接，第二信号处理模块与第二霍尔位置传感器连接，舵机分别与第一驱动模块和第二驱动模块连接，第一驱动模块与第一检测模块连接，第二驱动模块与第二检测模块连接；
飞控计算机系统分别输出控制信号至第一检测模块和第二检测模块，在未驱动舵机的情况下，舵机上有静态电流，第一检测模块通过第一电位计检测舵机的倾斜角数据，第一检测模块输出PWM控制信号及方向信号至第一信号处理模块，第一信号处理模块通过第一霍尔位置传感器检测舵机的霍尔信号并结合PWM控制信号及方向信号进行处理，并输出PWM控制信号至第一驱动模块，第一驱动模块将PWM控制信号进行隔离、放大并驱动舵机，第一检测模块检测第一检测模块输出端至第一驱动模块输出端上是否发生故障；
当第二检测模块接收第一检测模块检测到故障时，第二检测模块通过控制继电器开关使第一检测模块断电，第二检测模块通过第二电位计检测舵机的倾斜角数据，第二检测模块输出PWM控制信号及方向信号至第二信号处理模块，第二信号处理模块通过第二霍尔位置传感器检测舵机的霍尔信号并结合PWM控制信号及方向信号进行处理，并输出PWM控制信号至第二驱动模块，第二驱动模块将PWM控制信号进行隔离、放大并驱动舵机，第二检测模块检测第二检测模块输出端至第二驱动模块输出端上是否发生故障；
电源分别为第一检测模块、第一信号处理模块、第一驱动模块、第二检测模块、第二信号处理模块和第二驱动模块供电。
在第一检测模块与第二检测模块之间设有备份传输线和串口芯片，第一检测模块将采集的数据通过串口传输至第二检测模块，防止主通道故障，导致数据丢失，影响无人机飞行安全。
一般无人机上的舵机包括6个。
在第一检测模块和第一信号处理模块之间每一个舵机控制设有1条PWM控制信号输出线和2条方向信号输出线，2条方向信号输出线控制舵机转动方向，在第一信号处理模块和第一驱动模块之间设有6条与舵机相对应的信号线。
在第二检测模块和第二信号处理模块之间每一个舵机控制设有1条PWM控制信号输出线和2条方向信号输出线，2条方向信号输出线控制舵机转动方向，在第二信号处理模块和第二驱动模块之间设有6条与舵机相对应的信号线。
在第一电位计与第一检测模块之间设有第一模数转换器。
在第二电位计和第二检测模块之间设有第二模数转换器。
在第一检测模块与第一驱动模块之间设有第一电流检测器。
在第二检测模块与第二驱动模块之间设有第二电流检测器。
实施例一：如图2所示，第一检测模块和第二检测模块分别采用DSP处理器，DSP处理器的型号为TMS320F2812，第一信号处理模块和第二信号处理模块分别采用CPLD，第一驱动模块和第二驱动模块分别采用驱动电路，驱动电路包括IR驱动芯片、磁耦隔离器及场效应管，IR驱动芯片型号为IRS2334，舵机为6个，每个舵机上都连接有第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器、第一电位计和第二电位计；
飞控计算机系统分别通过RS422接口向第一DSP处理器和第二DSP处理器发送控制信号，第一DSP处理器接收到控制信号后开始采集第一电位计上的数据，第二DSP处理器及后续电路处于热备份状态，各舵机上的第一电位计将其检测相对应舵机的倾斜角数据通过电压信号传输至第一DSP处理器，第一DSP处理器通过第一模数转换器模数将电压信号转换成角度值进行判断，当第一DSP处理器通过第一电位计检测到50个周期角度值持续大于±50°，则判断舵机倾斜角超出正常范围或第一电位计出现故障，此时第二DSP处理器检测到第一DSP处理器发送的故障信息，再通过控制继电器开关切断第一DSP处理器的供电来进行检测线路的切换，而第一DSP处理器未检测到故障，则第一DSP处理器将PWM控制信号及方向信号传输至第一CPLD，第一CPLD通过各舵机上的第一霍尔传感器采集各舵机上电机当前的位置信息，当第一CPLD在50个周期连续接收到全为1的状态时，则判断第一霍尔传感器发生故障，此时第二DSP处理器接收第一DSP处理器检测到的故障信息，再通过控制继电器开关切断第一DSP处理器的供电来进行检测线路的切换，而第一DSP处理器未检测到故障，则第一CPLD将霍尔信号结合PWM控制信号及方向信号进行逻辑控制，第一CPLD通过6条与各舵机控制相对应的信号线输出PWM控制信号，第一驱动电路上的第一磁耦隔离器隔离输出PWM控制信号，第一IR驱动芯片根据隔离后的PWM控制信号驱动场效应管来控制各舵机按一定顺序转动，第一驱动电路输出端通过第一电流检测器将电流信号转化为电压信号，并将电压信号传输至第一DSP处理器，第一DSP处理器检测该电压信号判断第一驱动电路是否发生故障，此时第二DSP处理器检测到第一DSP处理器发送的故障信息，再通过控制继电器开关切断第一DSP处理器的供电来进行检测线路的切换。
当第一DSP处理器检测到故障，第二DSP处理器通过串口芯片接收到第一DSP处理器发生的故障信号时，第二DSP处理器通过控制继电器开关切断第一DSP处理器的供电，第二DSP处理器接续第一DSP处理器及后续电路开始工作，控制各舵机复位，各舵机上的第二电位计将其检测相对应舵机的倾斜角数据通过电压信号传输至第二DSP处理器，第二DSP处理器通过第二模数转换器将电压信号转换成角度值进行判断，若第二DSP处理器未检测到故障，则第二DSP处理器将PWM控制信号及方向信号传输至第二CPLD，第二CPLD通过各舵机上的第二霍尔传感器采集各舵机上电机当前的位置信息，若第二DSP处理器未检测到故障，则第二CPLD将霍尔信号结合PWM控制信号及方向信号进行逻辑控制，第二CPLD通过6条与各舵机控制相对应的信号线输出PWM控制信号，第二驱动电路上的第二磁耦隔离器隔离输出PWM控制信号，第二IR驱动芯片根据隔离后的PWM控制信号驱动场效应管来控制各舵机按一定顺序转动，第二驱动电路输出端通过第二电流检测器将电流信号转化为电压信号，并将电压信号传输至第二DSP处理器，第二DSP处理器进行检测该电压信号判断第二驱动电路是否发生故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种无人机双余度检测及控制系统，包括飞控计算机系统、舵机系统和电源，其特征在于：所述飞控计算机系统分别连接有第一检测模块和第二检测模块，且所述第一检测模块与所述第二检测模块连接，所述舵机连接有第一霍尔位置传感器、第二霍尔位置传感器、第一电位计和第二电位计，所述第一检测模块依次连接有第一信号处理模块和第一驱动模块，所述第二检测模块依次连接有第二信号处理模块和第二驱动模块，所述第一检测模块与第一电位计连接，所述第二检测模块与第二电位计连接，所述第一信号处理模块与第一霍尔位置传感器连接，所述第二信号处理模块与第二霍尔位置传感器连接，所述舵机分别与第一驱动模块和第二驱动模块连接，所述第一驱动模块与第一检测模块连接，所述第二驱动模块与第二检测模块连接；
所述飞控计算机系统分别输出控制信号至第一检测模块和第二检测模块，所述第一检测模块通过第一电位计检测舵机的倾斜角数据，所述第一检测模块输出PWM控制信号及方向信号至第一信号处理模块，所述第一信号处理模块通过第一霍尔位置传感器检测舵机的霍尔信号并结合PWM控制信号及方向信号进行处理，并输出PWM控制信号至第一驱动模块，所述第一驱动模块将PWM控制信号进行隔离、放大并驱动舵机，所述第一检测模块检测第一检测模块至第一驱动模块是否发生故障；
当所述第二检测模块接收第一检测模块检测到故障时，所述第二检测模块使所述第一检测模块关闭，所述第二检测模块通过第二电位计检测舵机的倾斜角数据，所述第二检测模块输出PWM控制信号及方向信号至第二信号处理模块，所述第二信号处理模块通过第二霍尔位置传感器检测舵机的霍尔信号并结合PWM控制信号及方向信号进行处理，并输出PWM控制信号至第二驱动模块，所述第二驱动模块将PWM控制信号进行隔离、放大并驱动舵机，所述第二检测模块检测第二检测模块至第二驱动模块是否发生故障；
所述电源分别为第一检测模块、第一信号处理模块、第一驱动模块、第二检测模块、第二信号处理模块和第二驱动模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在所述第一检测模块与所述第二检测模块之间设有备份传输线和串口芯片。
3.根据权利要求1所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：所述舵机包括6个。
4.根据权利要求3所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在第一检测模块和第一信号处理模块之间每一个舵机控制设有1条PWM控制信号输出线和2条方向信号输出线，在第一信号处理模块和第一驱动模块之间设有6条与舵机相对应的信号线。
5.根据权利要求3所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在第二检测模块和第二信号处理模块之间每一个舵机控制设有1条PWM控制信号输出线和2条方向信号输出线，在第二信号处理模块和第二驱动模块之间设有6条与舵机相对应的信号线。
6.根据权利要求1所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在所述第一电位计与第一检测模块之间设有第一模数转换器。
7.根据权利要求1所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在所述第二电位计和第二检测模块之间设有第二模数转换器。
8.根据权利要求1所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在所述第一检测模块与第一驱动模块之间设有第一电流检测器。
9.根据权利要求1所述的一种无人机双余度检测及控制系统，其特征在于：在所述第二检测模块与第二驱动模块之间设有第二电流检测器。
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