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基于PIC技术的远程无人机启动安全保护系统的设计与实现
作者：孙烨 成坚 王宏新 易哲菁 来源：《科技创新导报》2011年第25期
摘 要:介绍了一套基于PIC技术与光束遮断式红外传感器成熟技术的无人机启动安全控制及保护系统的设计与实现,系统具有危机报警、自动保护、远程控制等优点,改进并优化了现有启动过程。
关键词:无人机启动安全保护PIC远程
中图分类号:S625 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(a)-0025-02
某型无人机发动机的启动过程是整个无人机飞行中关键一环,对时效性和启动成功率的要求极高。而现有操作流程中人员暴露在高速旋转的发动机螺旋桨侧后方,无任何特情保护措施;启动电机根据调试及启动需要与发动机依靠手动装置脱离与结合,只能依据操作人员感官经验进行操作,极易损毁启动装置和对操作人员造成人身伤害,在关键时刻影响飞行实施。 1 总体方案与技术途径
系统基于PIC单片机智能型电动机保护器,利用PIC单片机的软硬件资源与光束遮断式红外传感器成熟技术,研制无人机远程启动安全控制及保护系统,图1。
系统可使发动机启动人员远离装备危险区实施动作,不但保障了操作人员的人身安全,也对启动装置进行了过流保护,防止温升过高导致电动机烧毁或降低电动机性能从而提高了装备使用安全性,将无人机发动机伤人亡人事故的发生概率降低,同时缩短操作时间,极大提高发动机的启动效率,且在利用小型电动机作为发动机启动机的无人机领域具有广泛应用前景。 2 远程控制的设计
采用无线电遥控来实现远程控制越来越广泛,其中编码电路和解码电路是关键,直接影响到整个系统的性能。系统设计的发射电路拟采用PT2262作为编码器,F05C 作为射频发射器;接收电路采用J05C和PT2272作为信号接收和解码;电机的控制部分由LMD18200来实现。系统拟设计三路遥控开关,第一路控制电机驱动电路电源的开与关;第二路用于电机正转和反转的切换;第三路控制电机的正转制动或反转制动,最终设计出一套性能可靠、使用方便和价格低廉的电机无线遥控系统,图2。
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3 电机驱动控制的设计方案
该系统中直流电机的控制拟完成两项功能:开关和方向控制。
直流电机的驱动电路采用桥式回路,如图所示。由于流过直流电机的电流比较大,为了使直流电机工作正常,各三极管工作在饱和区。T1、T2、T3、T4组成一个桥路。T5,T6用普通三极管即可,其主要作用是提升电压,以保证T1、T2能提供接近Vcc的高电压。4个二极管DI、D2、D3、D4起保护三极管的作用,以防感性元件(电机)产生的反感应电流对三极管的冲击。这一点对任何感性负载均应考虑。R1、R2是电子开关T5、T6的限流电阻,又是T、T2的偏置电阻。
4 螺旋桨危险区域声光报警装置设计方案
采用红外对射式光束遮断式探测器,设计一种被动式红外报警探测装置和一套基于单片机的报警系统。
方案拟采用当今流行的ATC2051单片机控制,体积小,成本低;用红外线收发管进行检测;探测信号采用脉冲信号,节能且抗干扰;当操作者靠近螺旋桨危险区域时,能自动进行声光报警。设计方案如下:
(1)电源电路。220V交流市电经变压器T降压,桥式整流器D1整流,电解电容C7滤波,三端稳压器78L05稳压,最后得到整机要求的稳定直流电源,或采用电池供电的方式直接提供直流电。
(2)单片机系统。采用ATC2051单片机。C1,R0,R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路;C2,C3以及晶振JT1组成时钟电路;C4,C5为+5V电源滤波电容。U2为CMOS6反相器CC4069,起驱动作用。VD1～VD6为红外发射管,其负极端接与P1口,P1口设置为输出状态,当P1口为“0”时,VD1～VD6发红外光。VD7～VD12为红外接收管,当接收到红外光时导通,电源通过VD7～VD12加到反相器CC4069的输入端,经反相为低电平,这时P3.0～P3.5为低电平。发射管和接收管分别安装在螺旋桨危险区域外的适当位置,当闯入该区域时遮挡了红外线,接收管截止,驱动声光报警电路,进行声光报警。
(3)声光报警电路。555定时器U4,扬声器BY,普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路。其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器,其控制电压输入端5脚与单片机
ATC2051的P3.7脚相连,受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制。当P3.7为高电平时控制电压Uco较高,阈值电压UT+(=Uco)和UT-(=1/2Uco)也较高;当P3.7为低电平时UT+和UT-也较低。当UT+较高时,电容C9充、放电的电压幅度较大,因而振荡频率较低。反之,当UT+较低时,电容C9充、放电过程中电压变化幅度较小,充、放电过程完成得较快,故振荡频率较高。即当P3.7=1时,555输出脉冲的振荡频率较低;当P3.7=0时,555输出脉冲的振荡频率高。
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该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上,扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。同时,P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上,VD13将闪烁发光。达到声光同时报警的效果。 5 结语
本系统可使发动机启动人员远离装备危险区实施动作,不但保障了操作人员的人身安全,也对启动装置进行了过流保护,防止温升过高导致电动机烧毁或降低电动机性能从而提高了装备使用安全性,将无人机发动机伤人亡人事故的发生概率降低,同时缩短操作时间,改进并优化了现有启动过程,极大提高了发动机的启动效率。 参考文献
[1] 彭月祥,张晓明.一种光电安全装置的设计[J].传感器技术,1998. [2] 叶云岳,直线电机原理与运用.机械工业出版社,2000.
[3] 李朝青.无线发送/接收IC芯片及其数据通信技术选编.北京:北京航空航天大学,2003.
