一种巡检无人机能量供应装置的制作方法

本实用新型涉及巡检无人机领域，具体涉及一种巡检无人机能量供应装置。

背景技术：

在巡检无人机领域，使用垂直起降型无人机搭载任务设备进行巡检工作是一种常用方法。

巡检无人机上所搭载的任务设备的能量全部来源于机载电池，任务设备的工作时间受制于有限的机载电池电量，无法满足较大的巡查范围要求。

垂直起降型无人机的起降是通过旋翼起降，一般工业用无人机的旋翼使用的是电机，旋翼耗电量较大，需配备单独的旋翼电池。由于在无人机飞行过程中，机载电池和旋翼电池都是持续单方向放电，故在无人机降落后、起飞前需更换全部电池，费时费力。

此外，无人机上搭载的任务设备一般在无人机起飞前就全部通电，并保持全航程运行，然而任务设备主要是用于实现图像和照片的传输，在无人机飞到目标航点之前是不需要开启的，因此这就造成了一定的能源浪费。

技术实现要素：

为了解决巡检无人机及其机载任务设备由于机载电池能量制约而无法长时间工作，以及垂直起降型无人机需要频繁更换电池费时费力的技术问题，本实用新型提供了一种巡检无人机能量供应装置。

本实用新型的技术解决方案是：

一种巡检无人机能量供应装置，其特殊之处在于，包括：

发电机，与巡检无人机的发动机相连，用于将发动机输出的部分机械能转化为电能；

能量转换电路，用于将发电机输出的电能充至机载电池和旋翼电池，根据外部接口电路对地面站指令的解析结果控制机载任务设备供电开关的启闭，以及向外部接口电路发送代表机载电池状态的高低电平信号；

外部接口电路，与巡检无人机外部的数据链相连，一方面用于接收数据链转发的地面站指令并进行解析，另一方面用于将能量转换电路发出的代表机载电池状态的高低电平信号发送给数据链；

所述解析是指进行电平转换得到高低电平电压，其中，低电平电压代表关闭机载任务设备供电开关，高电平电压代表开启机载任务设备供电开关。

进一步地，所述能量转换电路包括：

整流滤波电路，用于将发电机的输出的交流电转换为直流电；

n个mos开关，分别用于控制n个机载任务设备供电开关的启闭；1≤n≤2；n个mos开关的输入端均连接至dc-dc电源转换电路的输出端，n个mos开关的输出端分别连接n个机载任务设备供电开关的控制端，n个mos开关的使能端均连接至比较器四的输出端；

dc-dc电源转换电路，包括多级电源转换电路，用于产生适合mos开关、电流转换电路、电压转换电路、比较器一～四以及充电电路一、二工作的电压；

充电电路一，用于给机载电池充电；

充电电路二，用于给旋翼电池供电；

电流转换电路，用于采集流过机载电池的电流，并将采集的电流转换成电压，传送给比较器三；

电压转换电路，用于采集机载电池的电压，转换到0-3.3v电压范围内，并传送给比较器二；

比较器一，为双通道比较器，比较器一的两个输入端均连接至整流滤波电路的输出端，比较器一的输出端分别连接至充电电路一和充电电路二，用于检测发电机工作状态以控制充电电路一和充电电路二工作；

比较器四，为双通道比较器，比较器四的两个输入端连接至外部接口的两个控制信号输出端，比较器四的输出端分别连接至n个mos开关的使能端，从而通过电平比较控制n个mos开关，进而控制n个机载任务设备供电开关的启闭；

比较器二，用于将电压转换电路输出的电压与预先设定的最大值比较，并输出代表机载电池电压状态的高低电平信号，传送给外部接口电路，用以与数据链通信；

比较器三，用于将电流转换电路输出的电压与预先设定的最大值比较，并输出代表机载电池电压状态的高低电平信号，传送给外部接口电路，用以与数据链通信。

进一步地，充电电路一由充电芯片构成；充电电路二由集成充电模块构成。

进一步地，dc-dc电源转换电路共输出28v、3.3v和5v三种电压；28v电压连接至n个mos开关的输入端、充电电路一和充电电路二的输入端；3.3v电压连接至比较器一、比较器二、比较器三、比较器四和电压转换电路；5v电压连接至电流转换电路。

进一步地，比较器一和比较器四均为由max4855和电阻构成的双通道比较器。

进一步地，比较器二和比较器三均采用tlv7031db和电阻构成。

进一步地，电流转换电路采用acs722llctr芯片。

进一步地，每个mos开关均由bss138和fds6675组合构成。

本实用新型的优点：

1.本实用新型利用发电机将巡检无人机的发动机的部分机械能转换为电能，再通过能量转换电路将发电机输出的电能充至巡检无人机的机载电池和旋翼电池，由于能量的来源为发动机，而燃油的能量密度大于电池，因而延长了无人机机载任务设备的工作时间。

2.本实用新型利用硬件电路实现了多路电源按需供给，增强了能量分配的灵活性，节约了能源，进一步延长了续航时间。

3.利用本实用新型为巡检无人机及其机载任务设备供电，在无人机降落后、起飞前无需更换电池，只需加注燃油即可，缩短了起降时间。

附图说明

图1是本实用新型的应用示意图，图中实线框内为本实用新型的组成框图。

图2是本实用新型中的能量转换电路的组成框图。

图3是能量转换电路中的整流滤波电路的电路图。

图4是能量转换电路中电压转换电路的电路图。

图5是能量转换电路中比较器一和比较器四的电路图。

图6是能量转换电路中比较器二和比较器三的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型所提供的巡检无人机能量供应装置，包括发电机(小型发电机)、能量转换电路和外部接口电路。

巡检无人机飞行过程中，其发动机带动发电机工作，发动机将燃油化学能转化为机械能，进而发电机将机械能再转化为电能。

能量转换电路用于将发电机输出的电能充至机载电池和旋翼电池，根据由外部接口电路对地面站指令的解析结果控制机载任务设备供电开关(本实施例为设备1供电开关和设备2供电开关)的启闭，以及向外部接口电路发送代表机载电池状态的高低电平信号，其中高电平代表机载电池状态异常，低电平代表机载电池状态正常。

外部接口电路与数据链相连。外部接口电路一方面用于接收数据链发出的地面站指令(高低电平信号，例如4.5-5.5v电压信号和0-1v电压信号)并解析，另一方面用于将能量转换电路发出代表机载电池状态的高低电平信号通过数据链发送给地面站。

外部接口电路对地面站指令解析是指将收到的高电压段信号(4.5-5.5v电压)转换为3.3v电压，将收到的低电压段信号(0-1v电压)转换为0v电压，3.3v电压代表开启机载任务设备供电开关，0v电压代表关闭机载任务设备供电开关。

如图2所示，能量转换电路包括：

整流滤波电路，用于将发电机输出的交流电转换成直流电；整流滤波电路的输入端连接发电机的输出端，整流滤波电路的输出端连接dc-dc电源转换电路的输入端。

两个mos开关，分别用于控制设备1供电开关和设备2供电开关的启闭；两个mos开关的输入端均连接至dc-dc电源转换电路的输出端，两个mos开关的输出端分别连接设备1供电开关的控制端和设备2供电开关的控制端，两个mos开关的使能端均连接至比较器四的输出端。

dc-dc电源转换电路，包括多级电源转换电路，用于产生适合mos开关、电流转换电路、电压转换电路、比较器一～四以及充电电路一、二正常工作的电压。dc-dc电源转换电路的输出端需要连接至mos开关、电流转换电路、电压转换电路、比较器一～四以及充电电路一、二，因连接线条太多不易分辨，故在图2中未示出。

充电电路一，由充电芯片构成，用于给机载电池充电。

充电电路二，由集成充电模块构成，用于给旋翼电池供电。

电流转换电路，用于采集流过机载电池的电流，并将采集的电流转换成电压，传送给比较器三。

电压转换电路，用于采集机载电池的电压，转换到0-3.3v的电压范围内，并传送给比较器二。

比较器一，为双通道比较器，比较器一的两个输入端均连接至整流滤波电路的输出端，比较器一的输出端分别连接至充电电路一和充电电路二，比较器一用于检测发电机工作状态以控制充电电路一和充电电路二工作。具体的，比较器一将整流滤波电路的输出电压与预设电压(本实施例预设电压为48v)进行比较，若整流滤波电路的输出电压大于预设电压，则充电电路一和充电电路二都工作，否则，充电电路一和充电电路二都不工作。

比较器四，为双通道比较器，比较器四的两个输入端连接至外部接口电路的两个控制信号输出端，外部接口电路向比较器四输出0v和3.3v的电平信号，比较器四接收到0v的电平信号表示关闭机载任务设备供电开关，比较器四接收到3.3v电平信号表示开启机载任务设备供电开关，比较器四的两个输入端输入的是相同的信号；比较器四的两个输出端分别连接至两个mos开关的使能端，从而通过电平比较控制两个mos开关，进而控制设备1供电开关和设备2供电开关的启闭。

比较器二，用于将电压转换电路输出的电压与预先设定的最大值(本实施例设定的最大值为3.3v)比较，并输出高低电平信号(当超出最大值时输出高电平信号，表示机载电池电压处于异常范围；当未超出最大值时输出低电平信号，表示机载电池电压处于正常范围)，传送给外部接口电路，用以与数据链通信。

比较器三，用于将电流转换电路输出的电压与预先设定的最大值(本实施例设定的最大值为3.3v)比较，并输出高低电平信号(当超出最大值时输出高电平信号，表示机载电池电流处于异常范围；当未超出最大值时输出低电平信号，表示机载电池电流处于正常范围)，传送给外部接口电路，用以与数据链通信。

上述整流滤波电路、mos开关、dc-dc电源转换电路、充电电路一、充电电路二、电流转换电路、电压转换电路、比较器一-四均可采用现有电路实现。以下给出具体示例予以说明：

整流滤波电路由二极管d1-d4、稳压管d5和电容c1构成，如图3所示。

两个mos开关均以bss138和fds6675组合构成，每个mos开关有输入、输出和使能端三个端口；两个mos开关的输入端均连接至dc-dc电源转换电路的28v输出端，输出端连接至外部设备，使能端连接至比较器四。

dc-dc电源转换电路共输出28v、3.3v和5v三种电压；28v电压连接至两个mos开关的输入端、充电电路一和充电电路二的输入端；3.3v电压连接至比较器一、比较器二、比较器三、比较器四和电压转换电路；5v电压连接至电流转换电路。

充电电路一采用bq24650电路对24v的机载电池充电。

充电电路二采用集成模块对42v的旋翼电池充电。

电流转换电路采用acs722llctr芯片将采集的mos开关的电流转换成电压，连接至比较器三的输入端。

电压转换电路采用电阻分压连接至以opa365组成的电压跟随电路(如图4所示)，再连接至比较器二的输入端。

比较器一、比较器四均为由max4855和电阻构成的双通道比较器，如图5所示。

比较器二采用tlv7031db和电阻组成(如图6所示)，输入端连接至电流转换电路的输出端，输出端连接至外部接口电路的输入端。

比较器三采用tlv7031db和电阻组成(如图6所示)，输入端连接至电流转换电路的输出端，输出端连接至外部接口电路的输入端。

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