一种高原无人机飞控电调系统

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体是涉及一种高原无人机飞控电调系统。

背景技术

目前无人机系统的设计主要以平原地区为应用场景来设计的，当无人机的应用场景在高原时，此类无人机便无法飞行。高原地区环境恶劣、空气稀薄，导致无人机的进气量很小，使无人机推力产生困难，动力变弱难以驱动螺旋桨。因此，高海拔地区无人机的气动性能不佳，升力变小，无人机无法正常运行。

发明内容

为解决高海拔地区无人机无法正常运行的问题，本发明提出了一种高原无人机专用的飞控电调系统，提高无人机在高原地区的飞行效率和保障无人机在高原的正常运行。

本发明提供一种高原无人机飞控电调系统，包括硬件配置和程序部分，硬件配置采用以ATMEGA8A-AU单片机为核心的无刷直流电机控制系统，还包括设置在ATMEGA8A-AU单片机外围的电源、电池电压监测电路、ISP编程接口、反电势监测输入电路、电机电流监测电路、电机驱动电路；电机的驱动采用全桥驱动电路，使用全N沟道的MOS管控制。

将电机调速控制信号的周期调整在900μs～1500μs之间；程序使用ATMEGA8A-AU内部定时器作为检测调速信号的基准时钟；当ATMEGA8A-AU工作在16MHz，定时器工作在8分频的模式下时，定时器的时间精度为 0.4-0.5μs。

所述的程序部分，电机的换相控制在程序主程序中完成，其控制流程为：程序以三相六状态循环的方式工作，当进入一个状态的控制阶段时，程序首先根据上一次换相的时间估算本次过零点时间，然后等待检测反电势过零点；当检测到准确的过零点时间后，程序计算出本次换相点理论时间；随后根据设置的参数对换相时间做修正，以发挥电机的最大工作效率；当换相时间到达时，程序切换MOS管的通断状态，然后进入下一状态的控制阶段。

所述的程序部分，电机调速控制信号的检测在外部中断程序中完成，其检测流程为：外部中断程序触发后，检测并记录调速控信号的上升沿与下降沿，根据基准时钟计算出脉冲时间，然后设置PWM的占空比，即完成对脉冲时间和PWM占空比的优化调整后，退出中断程序。

所述的程序部分，还包括电池电压监测程序：在电机启动之前，程序首先检测电池的电压，如果电池电压过低或过高，程序会发出报警；

所述的程序部分，还包括反电势检测输入保护程序：通过一个定时器中断检测控制脉冲信号的输入情况，如果在一定时间内没有信号输入，程序将关闭电机以防发生意外情况；

所述的程序部分，还包括电机电流监测程序：程序在每次换相结束后，都会检测电池的当前电压与电机的工作电流，当电机发生堵转时，通过电机的电流会陡然上升，软件将立即关闭电流输出以防止电池或电机的损坏；

所述的程序部分，还包括启动看门狗功能：程序启动ATMEGA8A-AU中的看门狗功能，用以外部干扰导致软件发生异常时自动启动。

本发明的有益效果在于：适应无人机在稀薄空气条件下的飞行，系统通过对脉冲时间和PWM占空比的优化调整，让无人机更加适合在高原地区飞行。发挥电机的最大工作效率，使无人机在高原地区动力更为充沛。针对无人机在高原实际使用中经常会发生电池电压过高或过低、控制信号中断、电机堵转等意外情况。设计保护程序，避免控制板电路无法正常工作及成电池与电机的烧毁等问题。

附图说明

图1为本发明系统硬件配置图；

图2为本发明电机换相控制流程图；

图3为本发明调速信号检测流程图。

具体实施方式

实施例1，本发明提供一种高原无人机飞控电调系统，包括硬件配置和程序部分，硬件配置采用以ATMEGA8A-AU单片机为核心的无刷直流电机控制系统，还包括设置在ATMEGA8A-AU单片机外围的电源、电池电压监测电路、ISP编程接口、反电势监测输入电路、电机电流监测电路、电机驱动电路；电机的驱动采用全桥驱动电路，使用全N沟道的MOS管控制。

所述的电源输入连接无人机的锂电池，所述的电机驱动电路连接电机。

将电机调速控制信号的周期调整在900μs～1500μs之间；程序使用ATMEGA8A-AU内部定时器作为检测调速信号的基准时钟；当ATMEGA8A-AU工作在16MHz，定时器工作在8分频的模式下时，定时器的时间精度为 0.4-0.5μs。

所述的程序部分，电机的换相控制在程序主程序中完成，其控制流程为：程序以三相六状态循环的方式工作，当进入一个状态的控制阶段时，程序首先根据上一次换相的时间估算本次过零点时间，然后等待检测反电势过零点；当检测到准确的过零点时间后，程序计算出本次换相点理论时间；随后根据设置的参数对换相时间做修正，以发挥电机的最大工作效率；当换相时间到达时，程序切换MOS管的通断状态，然后进入下一状态的控制阶段。

所述的程序部分，电机调速控制信号的检测在外部中断程序中完成，其检测流程为：外部中断程序触发后，检测并记录调速控信号的上升沿与下降沿，根据基准时钟计算出脉冲时间，然后设置PWM的占空比，即完成对脉冲时间和PWM占空比的优化调整后，退出中断程序。

所述的程序部分，还包括电池电压监测程序：在电机启动之前，程序首先检测电池的电压，如果电池电压过低或过高，程序会发出报警；

所述的程序部分，还包括反电势检测输入保护程序：通过一个定时器中断检测控制脉冲信号的输入情况，如果在一定时间内没有信号输入，程序将关闭电机以防发生意外情况；

所述的程序部分，还包括电机电流监测程序：程序在每次换相结束后，都会检测电池的当前电压与电机的工作电流，当电机发生堵转时，通过电机的电流会陡然上升，软件将立即关闭电流输出以防止电池或电机的损坏；

所述的程序部分，还包括启动看门狗功能：程序启动ATMEGA8A-AU中的看门狗功能，用以外部干扰导致软件发生异常时自动启动。