本发明专利技术公开了一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置和方法，该装置包括重物平台、桥型应变片、加速度计、红外对管、AD转换模块、电压比较电路、微处理单元、通讯模块和上位机；加速度计置于重物平台上，红外对管安装在重物平台上并朝向电机，桥型应变片置于重物平台底部；电子调速器的5V电源输出为测量装置供电，其控制信号线与微处理单元的PWM输出引脚相连；桥型应变片与AD转换模块相连，红外对管与电压比较电路相连，加速度计、AD转换模块和电压比较电路均与微处理单元相连，微处理单元通过通讯模块与上位机通信；本发明专利技术可以用于筛选工作特性一致的电机螺旋桨系统，使得多旋翼无人机的控制不会因电机螺旋桨系统的差异而增加难度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，特别地，该装置能够将数据传回上位机，并且在上位机上进行数据分析和保存，获取需要的相关参数。
技术介绍
当今，小型旋翼无人机的研究与应用越来越普遍，电机螺旋桨系统作为其主要动力来源，其工作性能和参数的测试对后续研究有重要影响。但目前市面上已有的工具都只能实现对电机螺旋桨某一方面稳态参数的测试。例如，转速计用来测试电机的转速，转速值只能得到最后稳定的数据，无法测得速度达到稳定的时间；碳纤维螺旋桨平衡器能测试螺旋桨自身的平衡性，但是由于电机轴心偏差引起的不平稳却无法测试。要对电机螺旋桨的总体工作性能进行了解，并获得其特性参数，还缺乏有效的装置。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种。该装置能够测试电机螺旋桨系统的工作性能，同时建立其工作特性曲线。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案来实现的:一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置，所测量的电机螺旋桨系统包含电子调速器、电池、电机和螺旋桨，电子调速器与电池相连，将电池电压转换成5V输出；电子调速器与电机相连，螺旋桨安装在电机轴心上；所述测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置包括重物平台、桥型应变片、加速度计、红外对管、AD转换模块、电压比较电路、微处理单元、通讯模块和上位机；电机固定于重物平台上，电子调速器和加速度计置于重物平台上，红外对管安装在重物平台上并朝向电机，桥型应变片置于重物平台底部；电子调速器的5V电源输出为测量装置供电，其控制信号线与微处理单元的PWM输出引脚相连；桥型应变片与AD转换模块相连，红外对管与电压比较电路相连，加速度计、AD转换模块和电压比较电路均与微处理单元相连，微处理单元通过通讯模块与上位机通信。进一步地，所述红外对管由限流电阻Rl、封装在壳体内的发射管Dl和接收管D2组成，发射管Dl正极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与5V电源相连,发射管Dl负极接地；接收管D2负极接地；电压比较电路包含电阻R2、电阻R3和三极管Ql，三极管Ql的集电极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与5V电源相连，三极管Ql的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地；三极管Ql的基极与接收管D2的正极相连；三极管Ql的集电极作为speed信号输出端与微处理单元的脉冲捕捉引脚相连。一种应用上述装置测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的方法，包括以下步骤: Cl)上位机与微处理单元通信，微处理单元输出PWM到电子调速器，启动电机； (2)电机带动螺旋桨转动，产生升力；桥型应变片测量压力信号，通过AD转换模块，将压力测量值传回微处理单元，经微处理单元处理获得升力值；加速度计测量震动信号并发送到微处理单元，经微处理单元处理获得三轴加速度值；红外对管测量电机的转速，通过电压比较电路传回微处理单元，经微处理单元处理获得转速值； (3)微处理单元将处理后得到的升力值、加速度值和转速值打包成数据帧通过通讯模块发送到上位机； (4)上位机将接收到的数据帧解码获得实时的升力值、加速度值、转速值并保存，同时绘制各项数据随时间变化的曲线；根据升力值、转速值与时间的实时曲线图获得电机螺旋桨系统的时间常数、响应时间和稳态值等参数； (5)改变PWM值，重复步骤1-4，获得不同PWM输入下的升力值、转速值曲线，从而获得不同转速下电机螺旋桨系统的时间常数、响应时间和稳态值等参数；分析最大转速下的加速度值变化曲线，通过比较最大转速下的加速度值变化与设定的阈值，实现对电机螺旋桨系统的性能进行评定。本专利技术的有益效果是，本专利技术通过识别电机螺旋桨系统工作时的震动情况，判断其是否可直接用于小型旋翼无人机上。本专利技术判定可用于小型旋翼无人机上的电机螺旋桨，则进一步测试其工作时的数据，传回上位机，通过上位机的处理，建立电机螺旋桨的工作特性曲线。本专利技术所建立的工作特性曲线，可用于无人机建模，以便实现对无人机的精确控制。本专利技术可以用于筛选工作特性一致的电机螺旋桨系统，使得多旋翼无人机的控制不会因电机螺旋桨系统的差异而增加难度。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明: 图1是本专利技术所要测量电机螺旋桨系统的连接框图； 图2是本专利技术中测量装置的结构框图； 图3是本专利技术转速测量模块电路图； 图4是本专利技术桥型应变片电路图； 图5是本专利技术微处理单元的工作过程图 图6是本专利技术上位机的结构图； 图7是本专利技术上位机功能设计框图； 图8是本专利技术实施例系统结构框图； 图9是本专利技术实施例装载桨叶I的系统三轴加速度曲线图； 图10是本专利技术实施例装载桨叶2的系统三轴加速度曲线图； 图11是本专利技术实施例装载桨叶2的转速响应曲线图。【具体实施方式】如图1所示，本专利技术所测量的电机螺旋桨系统包含电子调速器、电池、电机和螺旋桨，电子调速器与电池相连，将电池电压转换成5V输出；电子调速器与电机相连，控制电机的转动；螺旋桨安装在电机轴心上，随着电机的转动而转动。如图2所示，本专利技术测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置包括重物平台、桥型应变片、加速度计、红外对管、AD转换模块、电压比较电路、微处理单元、通讯模块和上位机。电机固定于重物平台上，电子调速器、加速度计置于重物平台上，红外对管安装在重物平台上并朝向电机，桥型应变片置于重物平台底部。电子调速器的5V电源输出为测量装置供电，其控制信号线与微处理单元的PWM输出引脚相连。桥型应变片与AD转换模块相连，红外对管与电压比较电路相连，加速度计、AD转换模块、电压比较电路均与微处理单元相连，微处理单元通过通讯模块与上位机通信。本专利技术中所用的固定电机的重物平台，实际由两部分组成，外部是一个高强度的塑料筒，内部则是重物砝码。根据需要，可在塑料筒内部放置不同规格的砝码，使得重物平台总重量比电机最大升力大。塑料筒顶部可以打出用于固定电机的安装孔。本专利技术中的转速测量主要由红外对管完成，红外对管朝向电机安装，电机表面贴上白色标签，红外发射管向白色标签发射信号时，接收管输出高电平，向黑色电机表面发射信号时，接收管输出低电平。接收管输出信号是连续模拟信号，通过电压比较电路转换成数字脉冲信号，再与微处理单元的脉冲捕获引脚相连，将脉冲计数测速和脉冲周期测速得到的转速进行融合得到实际的转速。图3为红外对管与电压比较电路的电路图，红外对管由限流电阻R1、封装在壳体内的发射管Dl和接收管D2组成，发射管Dl正极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与5V电源相连，发射管Dl负极接地。接收管D2负极接地。电压比较电路包含电阻R2、电阻R3和三极管Q1，三极管Ql的集电极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与5V电源相连，三极管Ql的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地。三极管Ql的基极与接收管D2的正极相连。三极管Ql的集电极作为speed信号输出端与微处理单元的脉冲捕捉引脚相连。本专利技术中的升力测量由桥型应变片完成，如图4所示，桥型应变片是由四个压变电阻R4、R5、R6、R7组成的桥型应变电路，桥型应变片输出的信号通过两路差分输入AD转换芯片进行放大转换，AD转换芯片与微处理单元进行通讯。桥型应变片安装于重物平台底部，测量压力的减少值，该减少值即是电机升力大小。本专利技术中的加速度计安装在重物平台上，直接感受本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置，所测量的电机螺旋桨系统包含电子调速器、电池、电机和螺旋桨，电子调速器与电池相连，将电池电压转换成5V输出；电子调速器与电机相连，螺旋桨安装在电机轴心上；其特征在于，所述测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置包括重物平台、桥型应变片、加速度计、红外对管、AD转换模块、电压比较电路、微处理单元、通讯模块和上位机；电机固定于重物平台上，电子调速器和加速度计置于重物平台上，红外对管安装在重物平台上并朝向电机，桥型应变片置于重物平台底部；电子调速器的5V电源输出为测量装置供电，其控制信号线与微处理单元的PWM输出引脚相连；桥型应变片与AD转换模块相连，红外对管与电压比较电路相连，加速度计、AD转换模块和电压比较电路均与微处理单元相连，微处理单元通过通讯模块与上位机通信。
【技术特征摘要】
1.一种测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置，所测量的电机螺旋桨系统包含电子调速器、电池、电机和螺旋桨，电子调速器与电池相连，将电池电压转换成5V输出；电子调速器与电机相连，螺旋桨安装在电机轴心上；其特征在于，所述测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置包括重物平台、桥型应变片、加速度计、红外对管、AD转换模块、电压比较电路、微处理单元、通讯模块和上位机；电机固定于重物平台上，电子调速器和加速度计置于重物平台上，红外对管安装在重物平台上并朝向电机，桥型应变片置于重物平台底部；电子调速器的5V电源输出为测量装置供电，其控制信号线与微处理单元的PWM输出引脚相连；桥型应变片与AD转换模块相连，红外对管与电压比较电路相连，加速度计、AD转换模块和电压比较电路均与微处理单元相连，微处理单元通过通讯模块与上位机通信。2.根据权利要求1所述测量电机螺旋桨系统工作性能及参数的装置，其特征在于，所述红外对管由限流电阻R1、封装在壳体内的发射管Dl和接收管D2组成，发射管Dl正极与电阻Rl的一端相连，电阻Rl的另一端与5V电源相连，发射管Dl负极接地；接收管D2负极接地；电压比较电路包含电阻R2、电阻R3和三极管Q1，三极管Ql的集电极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与5V电源相连,三极管Ql的发射极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接地...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋子豪，李伟荣，方舟，李平，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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