输入输出控制系统及使用其的飞行器技术方案

本实用新型专利技术的飞行器输入输出控制系统，设置在飞行控制器与电机、发动机等外部设备之间，能够有效避免外部设备的反向干扰，抑制高电压脉冲信号对主控芯片的影响，显著提高飞行器的稳定性。本实用新型专利技术还提供了一种飞行器，其包括飞行控制器、执行器、数据传输模块、动力系统、任务载荷，以及如上所述的输入输出控制系统。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及飞行器，尤其是一种飞行器的输入输出控制系统。
技术介绍
随着近年飞行器小型化、全功能的发展，多旋翼飞行器由于具有相对于固定翼可以悬停、装配容易的优点，已经得到广泛使用。除了飞行器结构外，多旋翼飞行器的控制核心是飞行控制器，即飞控。飞控的主要功能包括传感器信息采集，将飞行器控制指令输出给各类执行模块等。对于大型的工业用途飞行器，其执行机构包括传感器等都具有较大的额定功率，若飞行控制器直接对电机、发动机等执行器外部设备进行控制，因外部设备存在反向干扰甚至产生高电压脉冲信号，会对主控芯片造成不可逆的损伤，导致飞行器失控。对于飞行控制器来说，其稳定性相对地面控制设备更为重要，因此有必要设计一种介于控制电路和执行器之间的输入输出控制系统，保护飞行控制器，提高飞行器的可靠性。
技术实现思路
为了实现上述目的，本技术设计了一种飞行器的输入输出控制系统，包括：微控制单元；飞行控制器接口，设置在微控制单元与飞行控制器之间，微控制单元通过该接口与飞行控制器通信，完成控制信号和状态信号的传输；执行器接口，设置在微控制单元与执行器之间；执行器接口输出PWM信号对执行器进行控制，并采集执行器的状态。优先地，飞行控制器接口通过隔离的通信总线与飞行控制器进行通信。优选地，执行器接口输出PWM信号，该PWM信号的高电平脉宽长度用来控制舵机偏转角度，该PWM信号的占空比用来控制电子调速器改变转速。优选地，所述系统还包括任务载荷接口，设置在微控制单元与飞行器的任务载荷之间，微控制单元通过该接口输出I/O或PWM信号对任务载荷发出控制指令并采集执行状态；优选地，所述系统还包括动力系统接口，该动力系统接口设置在微控制单元与飞行器的动力系统之间，微控制单元通过该接口输出I/O或PWM信号对动力系统进行控制；优选地，所述系统还包括数据传输接口，设置在微控制单元与飞行器的数据传输模块之间，微控制单元通过该接口发送回传数据并获取地面控制指令。优先地，当任务载荷单元是投放装置时，任务载荷接口输出I/O开关信号完成投放装置的开合；当任务载荷单元是喷药装置时，任务载荷接口输出PWM信号对喷药装置进行马达调速改变雾化效果；当任务载荷单元是摄像云台时，任务载荷接口输出PWM信号，并利用该PWM信号的脉宽长度控制云台的姿态变化。优选地，动力系统接口输出PWM信号，该PWM信号的高电平脉宽用来控制电机或发动机转速，并对回传的脉冲信号进行处理得到转速信号。优选地，该系统还包括：晶振电路，用于提供时钟信号；复位电路：用于重启微控制单元；配置电路：用于根据微控制单元的针脚定义对微控制单元的功能进行配置；串口与调试电路：用于向微控制单元烧写程序的接口以及反馈调试数据。此外，本技术还提供了一种飞行器，其包括飞行控制器、执行器、数据传输模块、动力系统、任务载荷，以及如上所述的输入输出控制系统。优选地，所述飞行器设置有冗余的第二输入输出控制系统，当所包括的输入输出控制系统发生故障时，飞行控制器会启动第二输入输出控制系统接管发生故障的输入输出控制系统。优选地，飞行控制器实时探测输入输出控制系统的运行标志、接口电路的信号工作正常标志、任务载荷状态正常标志和/或电源系统工作正常标志，来判断输入输出系统是否发生故障。本技术的飞行器输入输出控制系统，设置在飞行控制器与电机、发动机等外部设备之间，能够有效避免外部设备的反向干扰，抑制高电压脉冲信号对主控芯片的影响，显著提高飞行器的稳定性。附图说明：图1为飞行器的整体架构图图2为输入输出控制系统的功能结构图具体实施方式：下面结合附图对本方案进行介绍。本方案提出一种飞行器，如图1所示，其包括飞行控制器、执行器、电源、数据传输模块、动力系统、存储系统、任务载荷，以及输入输出控制系统。其中输入输出控制系统设置于控制电路和执行器之间。如图2所示，输入输出控制系统，包括一个微控制单元（IO-MCU），其作为输入输出控制系统的核心，围绕着微控制单元（IO-MCU）设置有多个接口电路与其他航电系统连接。具体接口电路如下：飞行控制器接口，设置在微控制单元与飞行控制器之间，微控制单元通过该接口与飞行控制器通信。飞行控制器接口通过隔离的通信总线(如I2C、SPI、串口)与飞行控制器进行通信，完成控制信号、状态信号的传输，包含但不仅限于姿态信息、舵机信号、IO以及飞控状态信息、地面站指令、动力系统信息。执行器接口，设置在微控制单元与执行器之间；执行器接口输出PWM信号对执行器（例如舵机、电子调速器、阀门开关等）进行控制，并采集执行器的状态。微控制单元通过PWM信号对执行器发出控制指令，用以控制舵机或电子调速器完成飞行器的舵面偏转或者转速调整用于改变推升力，完成姿态调整。PWM即脉冲宽度调制，通过该信号的高电平脉宽长度来控制舵机偏转角度，通过该信号的占空比来改变转速。任务载荷接口，设置在微控制单元与任务载荷之间，微控制单元通过该接口输出I/O或PWM信号对任务载荷（如喷药装置、摄像云台、投放装置等等）发出控制指令并采集执行状态。通过I/O开关信号完成投放装置的开合，PWM信号对喷药装置进行马达调速改变雾化效果，通过PWM的脉宽长度控制云台的俯仰、滚转、偏航等姿态变化。动力系统接口，设置在微控制单元与动力系统之间，微控制单元通过该接口输出I/O或PWM信号对动力系统进行控制及状态信息反馈（如电动飞行器的电机转速、油动飞行器的发动机转速），并通过传感器采集转速信号。与舵机信号类似，通过PWM信号的高电平脉宽控制电机或发动机转速，通过对回传的脉冲信号进行处理得到转速信号。数据传输接口，设置在微控制单元与数据传输模块之间，微控制单元通过该接口发送回传数据并获取地面控制指令；数据传输模块与地面站或手持机通信，利用TCP/IP或UDP协议发送数据包，完成任务信息、控制指令的上传以及数据回传功能。存储接口，微控制单元通过存储接口和数据总线（如I2C或SPI）将有关飞行状态以及控制指令等信息存放至外部存储系统中，以便于数据回放，错误排查，该外部存储系统起到黑匣子的功能。该输入输出系统还包括：晶振电路：为微控制单元提供时钟信号，频率为8MHz；复位电路：重启微控制单元；配置电路：根据微控制单元的针脚定义对微控制单元的功能进行配置；串口与调试电路：向微控制单元烧写程序的接口以及反馈调试数据的电路。该飞行器还包括电源，为飞行控制器、微控制单元、数据传输模块、任务载荷、执行器等进行供电，供电方式可以为电池供电或者发动机带动发电机供电。其中，电池供电一般为3-6节锂电池串联，电压为11.1V-22.2V，发动机带动的发电机一般输出为12V。对于本套系统，飞行控制器、微控制单元、数据传输模块需要10-24V转5V输出、3.3V输出作为电源驱动，任务载荷、执行器需要12V-24V电源驱动。此外，考虑到输入输出系统的工作环境相较飞行控制器更容易发生故障，因此，在飞行器上设置有冗余的第二套输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器的输入输出控制系统，包括：微控制单元；飞行控制器接口，设置在微控制单元与飞行控制器之间，微控制单元通过该接口与飞行控制器通信，完成控制信号和状态信号的传输；执行器接口，设置在微控制单元与执行器之间；执行器接口输出PWM信号对执行器进行控制，并采集执行器的状态。

【技术特征摘要】
1.一种飞行器的输入输出控制系统，包括：
微控制单元；
飞行控制器接口，设置在微控制单元与飞行控制器之间，微控制单元通过该接口与飞行控制器通信，完成控制信号和状态信号的传输；
执行器接口，设置在微控制单元与执行器之间；执行器接口输出PWM信号对执行器进行控制，并采集执行器的状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：飞行控制器接口通过隔离的通信总线与飞行控制器进行通信。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：执行器接口输出PWM信号，该PWM信号的高电平脉宽长度用来控制舵机偏转角度，该PWM信号的占空比用来控制电子调速器改变转速。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述系统还包括任务载荷接口，设置在微控制单元与飞行器的任务载荷之间，微控制单元通过该接口输出I/O或PWM信号对任务载荷发出控制指令并采集执行状态；
所述系统还包括动力系统接口，该动力系统接口设置在微控制单元与飞行器的动力系统之间，微控制单元通过该接口输出I/O或PWM信号对动力系统进行控制；
所述系统还包括数据传输接口，设置在微控制单元与飞行器的数据传输模块之间，微控制单元通过该接口发送回传数据并获取地面控制指令。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
当任务载荷单元是投放装置时，任务载荷接口输出I/O开关信号完成投放装置的开合；
当...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝旭，王子钰，赵恒，
申请(专利权)人：北京浩恒征途航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11