CN113359803B - 无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制系统。其中，无人机执行机构的总线控制装置应用于无人机，无人机包括飞控系统和执行机构，无人机执行机构的总线控制装置包括通讯电路、控制电路和隔离放大电路，通讯电路用于通过总线与飞控系统通讯连接，控制电路的输入端与通讯电路电连接，隔离放大电路的输入端与控制电路的输出端连接，隔离放大电路的输出端用于与执行机构电连接。本发明提高了无人机飞行控制的精确性。

Description

无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制系统。

背景技术

我国电动无人机技术发展迅猛，是目前被广泛使用的一种飞行设备，其主要用于航拍、资源探测、救灾、军事、社会治安等领域。随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。

无人机中的执行机构，例如无人机左右翼的升降舵机，尾翼的转向舵机，推进用的发动机等，是无人机重要组成部分。飞控通过采集传感器的信息进行组合导航姿态解算来获得飞机的姿态、高度、速度以及位置信息，来判断飞行姿态，通过控制执行机构，来实现对无人机姿态调整与飞行控制。因此执行机构及时准确的接受飞控发出的控制信号并精确的执行对无人机飞行安全至关重要。但在实际的无人机控制过程中，通常是飞控直接通过输出PWM信号对执行机构进行控制，但是随着无人机体积的增大，飞控到执行机构的距离较长，PWM信号在传输的过程中会受到传输距离的影响而衰减并且容易受到干扰，进而降低了无人机飞行控制的精确性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种无人机执行机构的总线控制装置、无人机及控制系统，旨在提高了无人机飞行控制的精确性。

为实现上述目的，本发明提出一种无人机执行机构的总线控制装置，应用于无人机，所述无人机包括飞控系统和执行机构，所述执行机构具有受控端，所述无人机执行机构的总线控制装置包括：

通讯电路，所述通讯电路用于通过总线与所述飞控系统通讯连接，用于接收所述飞控系统输出的飞控控制信号；

控制电路，所述控制电路的输入端与所述通讯电路电连接；以及

隔离放大电路，所述隔离放大电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，所述隔离放大电路的输出端用于与所述执行机构电连接；

所述控制电路，用于根据所述飞控控制信号输出对应的执行机构控制信号，并经所述隔离放大电路隔离放大后输出至所述执行机构，以控制所述执行机构执行与所述飞控控制信号对应的动作。

可选地，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

环境参数检测装置，所述环境参数检测装置与所述控制电路电连接；

所述环境参数检测装置，用于检测所述执行机构的工作环境参数，并根据检测到的工作环境参数输出对应的环境参数检测信号；

所述控制电路，用于将所述环境参数检测信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统，以使所述飞控系统计算所述执行机构的寿命参数。

可选地，所述环境参数检测装置包括：

震动参数检测装置，所述震动参数检测装置与所述控制电路电连接；

所述震动参数检测装置，用于检测所述执行机构在工作时的震动参数，并根据检测到的震动参数输出对应的震动检测信号至所述控制电路；

所述控制电路，用于将所述震动检测信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统；

所述控制电路，还用于在根据所述震动检测信号确定所述执行机构工作时的震动参数达到了预设报警震动参数时，经所述通讯电路上报震动故障信号至所述飞控系统，以使所述飞控系统执行相应的故障处理程序。

可选地，所述环境参数检测装置包括：

温湿度参数检测装置，所述温湿度参数检测装置与所述控制电路电连接；

所述温湿度参数检测装置，用于检测所述执行机构工作环境的温湿度，并根据检测到的温湿度输出对应的温湿度检测信号至所述控制电路；

所述控制电路，用于将所述温湿度检测信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统；

所述控制电路，还用于在根据所述温湿度检测信号确定所述执行机构工作环境的温湿度达到了预设报警温湿度时，经所述通讯电路上报温湿度故障信号至所述飞控系统，以使所述飞控系统执行相应的故障处理程序。

可选地，所述无人机还具有供电电源，所述执行机构还具有电源端，其特征在于，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

电源转换电路，所述电源转换电路的输入端与所述供电电源的输出端电连接，所述电源转换电路的输出端与所述执行机构的电源端电连接；

所述电源转换电路，用于将所述供电电源接入的第一电压进行电压转换后输出第二电压至所述执行机构的电源端，以为所述执行机构提供工作电压。

可选地，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

电源工作参数检测电路，所述电源工作参数检测电路分别与所述电源转换电路和所述控制电路电连接，所述电源工作参数检测电路用于检测所述电源转换电路的电源工作参数，并输出电源工作参数信号至所述控制电路；

所述控制电路，用于将所述电源工作参数信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统；

所述控制电路，还用于在根据所述电源工作参数信号确定所述电源转换电路故障时，经所述通讯电路上报供电故障信号至所述飞控系统，以使所述飞控系统执行相应的故障处理程序。

本发明还提出一种无人机，包括飞控系统、执行机构、供电电源和如上述任一项所述的无人机执行机构的总线控制装置；

其中，所述飞控系统与外部终端无线通讯连接，所述飞控系统与所述无人机执行机构的总线控制装置通讯连接，所述无人机执行机构的总线控制装置分别与所述执行机构和所述供电电源电连接。

可选地，所述执行机构包括舵机和/或发动机。

可选地，所述执行机构的数量有多个，所述无人机执行机构的总线控制装置与多个所述执行机构电连接。

本发明还提出一种无人机控制系统，包括如上述任一项所述的无人机和外部终端；

其中，所述无人机与所述外部终端无线通讯连接。

本发明通过设置通讯电路用于通过总线接收飞控系统输出的飞控控制信号并将其输出至控制电路，以使控制电路根据飞控控制信号输出对应的执行机构控制信号，并经隔离放大电路隔离放大后输出至执行机构，以控制执行机构执行与飞控控制信号对应的动作。如此，飞控系统无需再直接向执行机构输出执行机构控制信号，而是通过总线向本发明无人机执行机构的总线控制装置远程传输飞控控制信号后，再由无人机执行机构的总线控制装置就近对执行机构输出对应的执行机构控制信号，从而保证了在无人机工作过程中，不会因为飞控和执行机构的之间的距离导致执行机构接收到的控制信号在传输过程中发生衰减与干扰，有效地提高了无人机飞行控制的精确性与稳定性。同时，由于在本发明无人机执行机构的总线控制装置中设置了隔离放大电路，除了能够提高执行机构控制信号的驱动能力和抗干扰能力，以及隔离前后级电路，防止执行机构启动瞬间大电流对前级电路造成干扰外。还有效地降低了飞控系统的功耗，减少了飞控系统周围热量的产生与聚集，降低了飞控系统内各个电路器件的工作环境温度，从而保证了飞控系统工作的稳定性、安全性与可靠性，进而的保证了无人机工作时的可靠性、安全性与稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明无人机执行机构的总线控制装置一实施例的功能模块结构图；

图2为本发明无人机执行机构的总线控制装置另一实施例的功能模块结构图；

图3为本发明无人机执行机构的总线控制装置一实施例的电路示意图；

图4为本发明无人机执行机构的总线控制装置另一实施例的电路示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

需要理解的是，在传统的无人机构型中，往往是通过无人机的飞控系统直接输出PWM信号直接控制一个或者多个执行机构，但是PWM信号在传输距离过程中会出现衰减，并且在PWM信号非常容易受到干扰。同时，当执行机构启动的瞬间会伴随产生较大的电流，导致整个系统电网不稳定，从而影响了飞控系统的工作稳定。传统的解决方式是在飞控系统中设置隔离放大电路30来解决上述问题，但是这种方法会增加飞控功耗，带来更大的散热负担，降低系统稳定性，并且此方法只能在一定程度上降低衰减和干扰照成的影响，不能规避。

为此，参考图1，本发明提出的一种无人机执行机构的总线控制装置，应用于无人机，无人机包括飞控系统和执行机构，无人机执行机构的总线控制装置包括：

通讯电路10，通讯电路10用于通过总线与飞控系统通讯连接，用于接收飞控系统输出的飞控控制信号。

控制电路20，控制电路20的输入端与通讯电路10电连接。以及

隔离放大电路30，隔离放大电路30的输入端与控制电路20的输出端连接，隔离放大电路30的输出端用于与执行机构电连接。

控制电路20，用于根据飞控控制信号输出对应的执行机构控制信号，并经隔离放大电路30隔离放大后输出至执行机构，以控制执行机构执行与飞控控制信号对应的动作。

在本实施例中，在无人机构型中，无人机执行机构的总线控制装置可以直接靠近执行机构进行设置，从而能够缩短总线控制装置输出执行机构控制信号的传输距离。

在本实施例中，通讯电路10可以通过总线与飞控系统有线通讯连接，总线可以选择CAN总线、RS422总线、RS485总线等有线通讯总线，通讯电路10可以根据总线的类型，选择对应的通讯收发器，例如CAN总线收发器、RS422总线收发器和RS485总线收发器。如此，飞控系统不再像传统技术中一样，需要直接传输PWM信号至执行机构，而是通过总线和通讯电路10实现远程传输飞控控制信号至控制电路20，例如“调整当前发动机转速为1500r/min、调整尾翼的角度为15度，调整襟翼的角度为15度等”(其中，飞控控制信号是基于传输总线协议的数字信号)，从而实现了飞控控制信号的远程传输，保证信号在传输的过程中不会因传输距离过长而衰减以及受到环境干扰，有效地提高了飞控控制信号传输的可靠性与稳定性。

在本实施例中，控制电路20可以采用主控芯片来实现，例如MCU、DSP(DigitalSignal Process，数字信号处理芯片)、FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程逻辑门阵列芯片)等，主控芯片内部可以集成有ADC检测模块、时钟模块、运算模块、存储模块等多个功能模块。同时，在本实施例中，主控芯片也可以集成有上述实施例中的通信收发器，其内部可以设置有收发模块，例如CAN总线收发模块等，从而精简电路结构，有效地减少布板面积。当主控芯片通过收发器或者集成在内部的收发模块接收到飞控控制信号后，会根据飞控控制信号的要求输出对应的执行机构控制信号，例如执行机构控制信号为PWM信号，主控芯片会根据飞控控制信号的要求以及预设在主控芯片内部的PWM占空比-角度映射表，或者PWM占空比-转速映射表，输出与飞控控制信号对应的执行机构控制信号。其中，PWM占空比-角度映射表和PWM占空比-转速映射表是由研发人员在研发阶段经过试验并预设的。

需要理解的是，由于控制电路20的工作电压的限制，输出的执行机构控制信号往往无法直接驱动执行机构动作。同时，在执行机构启动的瞬间，会产生较大的电流导致系统地网络不稳定，影响前级电路的工作的稳定性。

为此，在本实施例中，隔离放大电路30可以采用光耦和信号放大器的组合来实现，光耦可以将执行机构与无人机执行机构的总线控制装置之间地线隔离开，从而防止执行机构在启动时产生的大电流对前级电路的工作稳定性造成影响，信号放大器可以将信号的功率进行放大后再输出至执行机构。亦可以直接采用隔离放大芯片来实现，并将执行机构控制信号进行隔离放大后，输出至执行机构，使执行机构执行与所述飞控控制信号对应的动作。例如当前执行机构控制信号为PWM信号时，PWM信号的幅值为3V，经过隔离放大后放大至幅值为5V，从而能够驱动执行机构动作。同时，经过放大的执行机构控制信号会具有更高的抗干扰性，从而进一步提高无人机飞行控制的精确性与稳定性。

此外，需要理解的是，无人机上往往会设置有多个执行机构，那么在传统技术中，就需要设置在飞控系统内设置多个隔离放大电路30，增加了飞控系统功耗的同时，还增大了飞控系统周围的热量聚集，造成飞控系统工作环境温度过高，容易对飞控系统内部器件的工作的稳定性造成影响。

为此，在本实施例中，由于飞控系统采用总线传输飞控控制信号至无人机执行机构的总线控制装置，以使无人机执行机构的总线控制装置输出对应的执行机构控制信号，所以隔离放大电路30设置在了无人机执行机构的总线控制装置中，且无人机执行机构的总线控制装置在靠近执行机构的位置设置，所以在实际工作状态中，飞控系统内不在需要设置额外的隔离放大电路30，降低了飞控系统工作的功耗，减少了飞控系统周围的热量产生与聚集，降低了飞控系统的工作环境温度，在能够正常驱动执行机构精准工作的同时，还保证了飞控系统工作的稳定性。

本发明通过设置通讯电路10用于通过总线接收飞控系统输出的飞控控制信号并将其输出至控制电路20，以使控制电路20根据飞控控制信号输出对应的执行机构控制信号，并经隔离放大电路30隔离放大后输出至执行机构，以控制执行机构执行与飞控控制信号对应的动作。如此，飞控系统无需再直接向执行机构输出执行机构控制信号，而是通过总线向本发明无人机执行机构的总线控制装置远程传输飞控控制信号后，再由无人机执行机构的总线控制装置就近对执行机构输出对应的执行机构控制信号，从而保证了在无人机工作过程中，不会因为飞控和执行机构的之间的距离导致执行机构接收到的控制信号在传输过程中发生衰减与干扰，有效地提高了无人机飞行控制的精确性与稳定性。同时，由于在本发明无人机执行机构的总线控制装置中设置了隔离放大电路30，除了能够提高执行机构控制信号的驱动能力和抗干扰能力，以及隔离前后级电路，防止执行机构启动瞬间大电流对前级电路造成干扰外。还有效地降低了飞控系统的功耗，减少了飞控系统周围热量的产生与聚集，降低了飞控系统内各个电路器件的工作环境温度，从而保证了飞控系统工作的稳定性、安全性与可靠性，进而的保证了无人机工作时的可靠性、安全性与稳定性。

参考图2和图3，在本发明一实施例中，以通讯总线为CAN总线，控制电路20包括集成了CAN通讯模块的主控芯片U1、隔离放大电路30采用隔离放大芯片，以及飞控系统需要控制尾翼左转30度为例进行说明。

具体地，主控芯片U1具有总线接收脚CAN和PWM信号输出脚PWM，隔离放大芯片具有输入脚IN，输出脚OUT和电源脚VCC，电源脚VCC接入第二电压V2，第二电压V2同时为执行机构的工作需求电压。主控芯片U1可以选用HK32F103CBT6，隔离放大芯片U2可以选用IX4427MTR。

飞控系统通过CAN总线并按照CAN总线的通讯协议传输飞控控制信号，飞控控制信号为控制尾翼左转30度，此时，主控芯片U1通过总线接收脚CAN接收飞控控制信号，并根据飞控控制信号的内容和预设的PWM占空比-尾翼舵机角度映射表确定当前左转30度对应的PWM信号占空比为16.7％，则输出对应占空比的PWM信号至隔离放大芯片U2，隔离放大芯片U2经过内部前后级电路地隔离，以及输出幅值功率放大后，输出幅值为第二电压V2的对应占空比的PWM信号至尾翼舵机，使尾翼舵机左转30度。

需要理解的是，无人机在工作的过程中，其执行机构的工作环境对于执行机构的工作寿命有着较大的影响，所以对于无人机执行机构的工作寿命健康状态监测至关重要。为此，参考图2，在本发明一实施例中，无人机执行机构的总线控制装置还包括：

环境参数检测装置40，环境参数检测装置40与控制电路20电连接。

环境参数检测装置40，用于检测执行机构的工作环境参数，并根据检测到的工作环境参数输出对应的环境参数检测信号。

控制电路20，用于经通讯电路10将接收到的环境参数检测信号上报至飞控系统。

控制电路20，用于将环境参数检测信号经通讯电路10上报至飞控系统，以使飞控系统计算执行机构的寿命参数。

在本实施例中，环境参数检测装置40可以检测执行机构的工作环境参数值，例如执行机构的工作温度、工作湿度、执行机构工作震动参数、外界风速风向等参数值，并将检测结果传输到控制电路20，控制电路20再将结果通过通讯电路10经总线上传至飞控系统。飞控系统可以根据预设的寿命模型(预设的寿命模型为研发人员根据实际测试获得并设置)，代入上述多个环境参数检测信号，计算得出执行机构的寿命参数，比如剩余使用寿命、当前执行机构健康状态等。飞控系统计算出上述参数值后，会将上述参数值通过无线通讯网络传输至外部终端，比如用户的使用端和生产厂商的后台云端，从而便于用户监测当前的无人机执行机构的健康数据和使用状态，使用户能够根据当前执行机构的寿命数据和健康数据，及时的进行对执行机构进行保养和/或更换，从而提高了无人机执行机构工作的可靠性与稳定性，进而提高了无人机工作的可靠性与稳定性。此外，生产厂商也可以在后台云端查询已售出的无人机执行机构的参数状态，及时提醒用户进行保养与更换，从而提高了用户使用的便利性。

在另一实施例中，环境参数检测装置40可以同类检测参数设置多个，以上传多个检测值，从而更进一步参数检测的精确性，进而提高寿命计算与健康管理的精确性。比如温度检测装置，可以在执行机构周侧设置多个温度检测装置，以使得总线控制装置上报多个温度检测值至飞控系统，飞控系统可以再经过计算后例如计算多个温度值的平均值，得出最终温度值，从而提高检测的精确性。

在另一实施例中，控制电路20还可以对环境参数检测装置40输出的环境参数检测信号进行相应的故障判断，若根据环境参数检测信号确定执行机构出现个故障，或者是执行机构的工作环境异常，则控制电路20还可以经通讯电路10通过总线上报对应的故障报警信号至飞控系统。例如当前是执行机构工作时，震动异常，控制电路20会经通讯电路10通过总线上报震动异常信号至飞控系统，飞控系统会根据当前无人机的状态，例如飞行速度、飞行高度等，在向外部终端传输报警信号的同时执行对应的故障处理程序，以保证无人机能够正常降落。

在本发明一实施例中，参考图4，环境参数检测装置40包括：

震动参数检测装置42，震动参数检测装置42与控制电路20电连接。

震动参数检测装置42，用于检测执行机构在工作时的震动参数，并根据检测到的震动参数输出对应的震动检测信号至控制电路20。

控制电路20，用于将震动检测信号经通讯电路10上报至飞控系统。

控制电路20，还用于在根据震动检测信号确定执行机构工作时的震动参数达到了预设报警震动参数时，经通讯电路10上报震动故障信号至飞控系统，以使飞控系统执行相应的故障处理程序。

其中，震动参数检测装置42可以采用检测加速度的震动传感器来实现，从而将震动的加速度信号转换为电信号，例如IMU(Inertial Measurement Unit惯性传感器)芯片、磁电式震动传感器、压电式传震动感器、电阻式震动传感器、电容式震动传感器和陀螺仪等。

具体地，参考图4，以震动参数检测装置42为IMU芯片SE2为例进行说明，IMU芯片SE具有震动信号输出脚Im，型号可以选用ICM-20600。在实际使用中，IMU芯片SE2可以检测执行机构的三轴上的加速度值，并将三轴上的加速度值通过震动信号输出脚Im输出三轴的加速度信号(三轴的加速度信号可以为数字信号，IMU芯片可以通过SPI通讯协议、I^2C通讯协议，USART串口协议等向主控芯片U1输出三轴的加速度信号)至主控芯片U1的震动参数接收脚ZD，主控芯片U1在将三轴加速度值经通讯电路10通过总线上传到飞控系统的同时，还会与预设的三轴报警加速度值进行比对，若某一轴的加速度值出现异常，则控制电路20可以确认当前执行机构工作震动异常，则会经通讯电路10上报震动故障信号至飞控系统，以使飞控系统执行相应的故障处理程序。

通过上述设置，能够实现对于执行机构工作时震动参数的监测与上报，以便于用户进行实时监控，提高了用户使用的便利性。同时，控制电路20还能根据检测结果对执行机构的震动情况进行判断，排插执行机构可能出现的金属疲劳或者细小裂缝等故障，并在故障时及时上报飞控系统，让飞控系统根据震动故障情况执行相应的程序，比如停止执行机构工作，防止继续工作的执行机构发现金属断裂导致损坏无人机上其他设备并快速返航等，从而有效地提高了无人机执行机构工作的安全性与可靠性。

在本发明一实施例中，参考图4，环境参数检测装置40包括温湿度参数检测装置41，温湿度参数检测装置41与控制电路20电连接。

温湿度参数检测装置41，用于检测执行机构工作环境的温湿度，并根据检测到的温湿度输出对应的温湿度检测信号至控制电路20。

控制电路20，用于将温湿度检测信号经通讯电路10上报至飞控系统。

控制电路20，还用于在根据温湿度检测信号确定执行机构工作环境的温湿度达到了预设报警温湿度时，经通讯电路10上报温湿度故障信号至飞控系统，以使飞控系统执行相应的故障处理程序。

其中，执行机构工作环境的温度包括执行机构工作时的工作温度和工作时的环境温度。温湿度参数检测装置41可以为两个独立的检测装置，例如温度检测装置可以采用温度传感器来实现，例如热电偶、热敏电阻和红外信号测试仪等，湿度检测装置可以采用温度传感器来实现，例如湿敏电阻、湿度测试仪等。亦可以采用复合检测装置，例如温湿度传感器芯片，从而减小检测器件的占地面积，缩小总线控制装置的体积。

具体地，参考图4，以温湿度参数检测装置41为温湿度传感器芯片SE为例进行说明，温湿度传感器芯片SE具有温湿度信号输出脚TH，型号可以选用AHT10。在实际使用中，温湿度传感器芯片SE可以检测执行机构工作的环境温度和湿度，并将多个温度和湿度的值通过温湿度信号输出脚TH输出温湿度参数信号(温湿度参数信号可以为数字信号，温湿度传感器芯片SE可以通过SPI通讯协议、I^2C通讯协议，USART串口协议等向主控芯片U1输出温湿度参数信号)至主控芯片U1的温湿度参数接收脚WS，主控芯片U1在将温湿度参数信号经通讯电路10通过总线上传到飞控系统的同时，还会与预设工作环境温度报警值和预设工作环境湿度报警值进行比对，若出现比对异常，例如当前的执行机构工作环境温度不在预设工作环境温度报警值的区间，则主控芯片U1会通过CAN总线上报工作环境温度异常信号至飞控系统，以使飞控系统可以做出相应的故障处理程序。例如工作环境温度低于预设工作环境温度报警值区间的下限值且湿度大于预设预设工作环境湿度报警值区间的上限值时，总线控制装置中还可以有加热装置，飞控系统可以通过总线传输加热信号控制总线控制装置内部的加热装置对执行机构周围进行加热操作，或者是控制电路确定当前异常后，直接控制总线控制装置内部的加热装置对执行机构周围进行加热操作，防止执行机构比如长时间处于同一角度的尾翼舵机结冰。

通过上述设置，能够实时监控记录执行机构的工作环境，实现了执行机构的寿命管理与健康管理，便于用户实时监测当前无人机执行机构的工作状态，以便及时进行器件的维护与替换，还能在执行机构出现故障时，及时进行上报，以使飞控系统执行相应的程序。本发明在提高了用户使用便利性的同时，还提高了无人机执行机构工作的安全性与稳定性，进而提高了无人机工作的安全性与稳定性。此外，由于所有的环境参数检测装置40均设置在总线控制装置内，总线控制装置又都通过总线与飞控系统传输数据，如此，有效地避免了飞控系统需要接入过多的传感器传输线，减少了无人机构型时的布线空间需求，同时减少了对于飞控系统输入端子的需求，有效地精简了无人机的结构，提高了了无人机的集成化。

需要理解的是，无人机还具有供电电源，执行机构还具有电源端，在传统的无人机执行机构供电线路中，供电电源会根据无人机执行机构的工作电压需求选择对应的供电盒，例如当前舵机的工作电压需求是12V，那么供电电源就需要选择12V的供电盒，供电盒由多块电池串并联组成。然而，不同厂家，不同功能的，不同结构的执行机构往往需要的工作电压不同，例如A型号的舵机的工作电压需求为12V，B型号的舵机的工作电压需求为24V，在实际应用中，若需要对无人机的执行机构进行更换，那就还需要对应更换不同电压的供电盒，以满足不同执行机构的供电需求。

参考图2，在本发明一实施例中，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

电源转换电路50，所述电源转换电路50的输入端与所述供电电源的输出端电连接，所述电源转换电路50的输出端与所述执行机构的电源端电连接。

所述电源转换电路50，用于将所述供电电源接入的第一电压进行电压转换后输出第二电压至所述执行机构的电源端，以为所述执行机构提供工作电压。

在本实施例中，无人机的供电电源可以为装有串并联连接的电池组的供电盒，电源转换电路50可以采用DC/DC电路来实现，例如采用升降压芯片，通过调整升降压芯片的外设电阻(需要理解的是，升降压芯片都会有相应的外设电阻，研发人员可以根据芯片规格书中的计算公式，设置不同阻值或者不同阻值比的外设电阻，从而相应的改变升降压芯片输出的电压)，便能输出不同的第二电压，从而满足不同执行机构的工作电压需求。

在本实施例中，在实际应用中，若重复进行多个执行机构的测试，那就需要重复焊接更换电阻，重复焊接及其容易导致焊盘的损坏，进而需要更换整块电路板。为此，电源转换电路50还可以采用DCDC升降压芯片和多档位开关来组成，由上述实施例可知，DCDC升降压芯片输出的电压是由通过改变外设电阻的阻值或者是外设电阻的阻值比来决定，我们以改变外设电阻的阻值为例，多档位开关的输入端可以与DCDC升降压芯片电连接，多个输出端分别串联着多个不同的外设电阻，用户可以通过拨动开关来选择不同的外设电阻与DCDC升降压芯片电连接，从而改变当前的电源转换电路50输出的电压，例如设计的开关档位有“12V 24V 36V”三个档位，用户可以拨动开关调整到对应档位，比如调整到了12V档位，那么拨动开关导通对应12V的外设电阻与DCDC升降压芯片之间的电连接通路，使DCDC升降压芯片输出12V电压。如此，用户只需要预先设计几个常用的档位，便可以在研发或者改装时，直接通过拨动开关调整到合适当前执行机构的电压档位，避免了重复焊接导致的电路板损害，提高了用户和研发人员使用的便利性。

在本实施例中，电源转换电路50还可以采用程序控制可调输出电压，例如LLC电路调压，控制电路20可以与LLC电路连接，用户可以通过外部终端向飞控发出指令，设定当前需要的供电电压，飞控系统通过总线通讯将需要设定输出的电压调整信号给到控制电路20，控制电路20再根据接收到的电压调整信号，输出预设的输出电压调节信号，输出电压调节信号可以为PWM信号，控制电路20可以根据预存的调压PWM信号占空比-输出电压映射表(由研发人员在研发期间实验并设置)，选择与电压调节信号相对应的占空比的PWM信号以控制LLC电路输出对应的电压以满足执行机构的需求。如此，不仅仅能够满足研发人员或者用户随时更换不同的执行机构，还可以避免拆装外壳与重复焊接操作，提高了研发与改装的便利性。

在另一实施例中，由于无人机执行机构的总线控制装置内部的各个电路器件也需要工作电压，但是总线控制装置内的电路的工作电压，一般来说小于执行机构的第二电压。此时，电源转换电路50中还可以额外设置一条DCDC电路，例如采用3.3V LDO，将第二电压进行电压转换后输出为无人机执行机构的总线控制装置内部的各个电路器件提供工作电压，以满足各个电路器件工作的需求，也可以在无人机执行机构的总线控制装置内部设置独立电池为各个电路器件进行供电。

通过上述设置，能够使无人机只设置一种输出电压的供电盒，便能够满足不同执行机构的不同的供电需求，提高了对于无人机对于不同执行机构的兼容性，并且提高了在实际使用中，研发人员进行研发和用户进行改装的便利性。此外，在实际应用中，无人机构型中往往会设置有多个执行机构，由于每个执行机构均有独立的控制模块，所以每个独立的控制模块中的电源转换电路50可以对应执行机构输出不同的工作电压。从而使无人机不仅仅能够搭载同一工作电压的不同的执行机构，还能够搭载不同工作电压需求的不同的执行机构，以使研发人员可以根据不同的设计需求，在无人机中设置不同电压需求的不同的执行机构，更进一步的提高了无人机对于不同执行机构的兼容性。

参考图2，在本发明一实施例中，无人机执行机构的总线控制装置还包括：

电源工作参数检测电路60，电源工作参数检测电路60分别与电源转换电路50和控制电路20电连接，电源工作参数检测电路60用于检测电源转换电路50的电源工作参数，并输出电源工作参数信号至控制电路20。

控制电路20，用于将电源工作参数信号经通讯电路10上报至飞控系统。

控制电路20，还用于在根据电源工作参数信号确定电源转换电路50故障时，经通讯电路10上报供电故障信号至飞控系统，以使飞控系统执行相应的故障处理程序。

在本实施例中，电源工作参数信号可以包括输入电压参数信号、输入电流参数信号、输出电压参数信号和输出电流参数信号。相对应地，电源工作参数检测电路60包括输入电压检测电路、输入电流检测电路、输出电压检测电路和输出电流检测电路，输入电压检测电路的检测端和输入电流检测电路的检测端与电源转换电路50的输入端电连接，输出电压检测电路的检测端和输出电流检测电路的检测端均与电源转换电路50的输出端电连接。

在本实施例中，电压检测电路可以采用分压电阻电路来实现，将输入或者输出电压按照一定的阻值比分压后输出电压检测信号至控制电路20，控制电路20的核心器件例如主控芯片，会通过其ADC脚检测电压检测信号的电压值，再根据预设的阻值比计算得到当前的输入或输出电压值，并将其上报至飞控系统。

在本实施例中，电流检测电路可以采用电流检测电阻来实现，将电流检测电阻串联进电源转换电路50的输入端与电源端之间的通路中，或者是串联进电源转换电路50的输出端与执行机构的电源端之间的通路中。控制电路20可以通过检测电流检测电阻两端的电压差，再根据电流检测电阻的阻值，计算得出当前的输入电流或者输出电流。若为了提高检测的精确度，还可以额外设置运算放大器，运算放大器与电流检测电阻的两端电连接，在计算出电流检测电阻两端的电压差后，再将电压差放大输出至控制电路20，控制电路20再根据运算放大器的放大倍数和接收到的放大后的电压差，计算出实际的输入电流或输出电流，并将其上报至飞控系统。

在另一实施例中，若控制电路20根据上述实施例中的检测结果，发现输入输出电流或者是输入输出电压故障时，例如电流过高超过预设警戒值或者是电压不处于正常的预设电压区间。控制电路20会通过总线向飞控系统进行相应的故障上报，以提示飞控当前执行机构工作出现异常。飞控系统可以执行对应的故障处理措施，例如及时断开对某一执行机构对应的电源转换电路50的工作，并且控制无人机尽快返航，同时通知与其无线通讯连接的外部终端，提示用户当前的故障。

通过上述设置，能够对执行机构的供电状态进行实时监控，并且在发现故障时，及时进行上报，以使飞控系统能够及时执行对应的故障处理措施并且及时提示用户当前的故障情况，有效地提高了无人机飞行时的安全性与可靠性，以及用户使用的便利性。

本发明还提出一种无人机，无人机包括飞控系统、执行机构、供电电源和如上述任一项所述的无人机执行机构的总线控制装置。

其中，所述飞控系统与外部终端无线通讯连接，飞控系统与无人机执行机构的总线控制装置通讯连接，无人机执行机构的总线控制装置分别与执行机构和供电电源电连接。

在本实施例中，由上述实施例可知，控制电路20会将环境参数检测信号例如震动参数、温湿度参数等，以及执行机构的电源工作参数经所述通讯电路10上报至所述飞控系统，飞控系统可以根据预设的计算算法，计算当前执行机构的剩余使用寿命。同时，飞控系统会通过无线通讯数据链，将上述参数以及无人机的各项飞行参数上传至外部终端，外部终端可以为用户的使用端，例如手机APP等，也可以上传到无人机生产厂商的云端，用于生产厂商实时监测无人机的使用状态，并及时向使用客户提出保养建议，有效地提高了用户使用无人机的便利性，以及通过实施监测无人机参数，提高了无人机飞行的可靠性和稳定性。此外，需要理解的是，飞行器例如无人机在设计时会有设计一定的冗余，例如双发无人机若只有单发也能够正常飞行至降落。若飞控系统接收到总线控制装置传来的各种故障报警信号，飞控系统可以根据故障威胁程度的大小和设计冗余，调整无人机的飞行状态，例如若襟翼舵机震动异常，在起飞时襟翼没有伸出足够的长度，可以考虑提高发动机的转速从而提高决断速度以获得更大的升力。或者是在飞行过程中发现升降舵机和尾翼的转向舵机工作温度过高，亦或者是双发发动机中单发失灵，飞控系统便会在向外部中断发出报警信号的同时，控制无人机尽快进行返航着陆，以待维护人员进行检修，防止无人机在高空失控导致坠落损坏。

需要理解的是，无人机根据设计需求的不同，会有多个执行机构，在本发明另一实施例中，执行机构的数量有多个，无人机执行机构的总线控制装置与多个执行机构电连接。例如大型的双翼无人机，需要有控制无人机升降操作的襟翼舵机、控制转向的尾翼舵机和提供动力的双发发动机，一共需要五个执行机构，此时可能就需要多个无人机执行机构的总线控制装置。

在本实施例中，无人机执行机构的总线控制装置的数量可以与执行机构的数量，每一执行机构与一无人机执行机构的总线控制装置电连接，多个无人机执行机构的总线控制装置均与飞控系统通信连接，多个无人机执行机构的总线控制装置均与供电电源电连接。例如，上述设置有五个执行机构，可以在每个执行机构的旁边均设置一个与执行机构电连接的无人机执行机构的总线控制装置，飞控系统通过总线分别与五个无人机执行机构的总线控制装置进行远程通讯传输交互，从而避免了控制信号因为传输距离过程导致的削弱，提高了无人机飞行控制的精确性。此外，由于隔离放大电路30和电源转换电路50均分别设置在执行机构附近，则在无人机工作时，飞控系统周边不会因隔离放大电路30和电源转换电路50产生较大的热量，保证了飞控系统的工作环境温度在正常区间内，提高了飞控系统工作的稳定性，进而提高了无人机控制的稳定性和精确性。

在本实施例中，无人机执行机构的总线控制装置的数量可以少于执行机构的数量，在实际无人机构型设计中，部分执行机构之间的距离其实相对较近，比如上述例子中，左翼的襟翼舵机和发动机两个执行机构距离相近，右翼的襟翼舵机和发动机两个执行机构的距离也相近，此时可以在左右翼各设置一个无人机执行机构的总线控制装置来同时控制两个距离相近的执行机构，从而降低设计成本，减少无人机的总体重量。

值得注意的是，由于本发明无人机基于上述的无人机执行机构的总线控制装置，因此，本发明无人机的实施例包括上述无人机执行机构的总线控制装置全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

本发明还提出了一种无人机控制系统，包括上述任一项所述的无人机和外部终端。

其中，无人机与外部终端无线通讯连接。

值得注意的是，由于本发明无人机控制系统基于上述的无人机执行机构的总线控制装置和无人机，因此，本发明无人机控制系统的实施例包括上述无人机执行机构的总线控制装置和无人机的全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机执行机构的总线控制装置，应用于无人机，所述无人机包括飞控系统和执行机构，其特征在于，所述无人机执行机构的总线控制装置靠近所述执行机构设置，所述飞控系统远离所述执行机构设置，所述无人机执行机构的总线控制装置包括：

通讯电路，所述通讯电路用于通过总线与所述飞控系统通讯连接，用于接收所述飞控系统输出的飞控控制信号；

控制电路，所述控制电路的输入端与所述通讯电路电连接；以及

隔离放大电路，所述隔离放大电路的输入端与所述控制电路的输出端连接，所述隔离放大电路的输出端用于与所述执行机构电连接；

所述控制电路，用于根据所述飞控控制信号输出对应的执行机构控制信号，并经所述隔离放大电路隔离放大后输出至所述执行机构，以控制所述执行机构执行与所述飞控控制信号对应的动作。

2.如权利要求1所述的无人机执行机构的总线控制装置，其特征在于，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

环境参数检测装置，所述环境参数检测装置与所述控制电路电连接；

所述环境参数检测装置，用于检测所述执行机构的工作环境参数，并根据检测到的工作环境参数输出对应的环境参数检测信号；

所述控制电路，用于将所述环境参数检测信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统，以使所述飞控系统计算所述执行机构的寿命参数。

3.如权利要求2所述的无人机执行机构的总线控制装置，其特征在于，所述环境参数检测装置包括：

震动参数检测装置，所述震动参数检测装置与所述控制电路电连接；

所述震动参数检测装置，用于检测所述执行机构在工作时的震动参数，并根据检测到的震动参数输出对应的震动检测信号至所述控制电路；

所述控制电路，用于将所述震动检测信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统；

所述控制电路，还用于在根据所述震动检测信号确定所述执行机构工作时的震动参数达到了预设报警震动参数时，经所述通讯电路上报震动故障信号至所述飞控系统，以使所述飞控系统执行相应的故障处理程序。

4.如权利要求2所述的无人机执行机构的总线控制装置，其特征在于，所述环境参数检测装置包括：

温湿度参数检测装置，所述温湿度参数检测装置与所述控制电路电连接；

所述温湿度参数检测装置，用于检测所述执行机构工作环境的温湿度，并根据检测到的温湿度输出对应的温湿度检测信号至所述控制电路；

所述控制电路，用于将所述温湿度检测信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统；

所述控制电路，还用于在根据所述温湿度检测信号确定所述执行机构工作环境的温湿度达到了预设报警温湿度时，经所述通讯电路上报温湿度故障信号至所述飞控系统，以使所述飞控系统执行相应的故障处理程序。

5.如权利要求1-4任一项所述的无人机执行机构的总线控制装置，所述无人机还具有供电电源，所述执行机构还具有电源端，其特征在于，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

电源转换电路，所述电源转换电路的输入端与所述供电电源的输出端电连接，所述电源转换电路的输出端与所述执行机构的电源端电连接；

所述电源转换电路，用于将所述供电电源接入的第一电压进行电压转换后输出第二电压至所述执行机构的电源端，以为所述执行机构提供工作电压。

6.如权利要求5所述的无人机执行机构的总线控制装置，其特征在于，所述无人机执行机构的总线控制装置还包括：

电源工作参数检测电路，所述电源工作参数检测电路分别与所述电源转换电路和所述控制电路电连接，所述电源工作参数检测电路用于检测所述电源转换电路的电源工作参数，并输出电源工作参数信号至所述控制电路；

所述控制电路，用于将所述电源工作参数信号经所述通讯电路上报至所述飞控系统；

所述控制电路，还用于在根据所述电源工作参数信号确定所述电源转换电路故障时，经所述通讯电路上报供电故障信号至所述飞控系统，以使所述飞控系统执行相应的故障处理程序。

7.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括飞控系统、执行机构、供电电源和如权利要求1-6任一项所述的无人机执行机构的总线控制装置；

其中，所述飞控系统与外部终端无线通讯连接，所述飞控系统与所述无人机执行机构的总线控制装置通讯连接，所述无人机执行机构的总线控制装置分别与所述执行机构和所述供电电源电连接。

8.如权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述执行机构包括舵机和/或发动机。

9.如权利要求8所述的无人机，其特征在于，所述执行机构的数量有多个，所述无人机执行机构的总线控制装置与多个所述执行机构电连接。

10.一种无人机控制系统，其特征在于，所述无人机控制系统包括如权利要求7-9任一项所述的无人机和外部终端；

其中，所述无人机与所述外部终端无线通讯连接。

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