本實(shí)用新型涉及多旋翼飛行器飛行控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

多旋翼飛行器具有可垂直起降以及機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、體積小、重量輕、成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在航空攝影、交通監(jiān)控、地理測(cè)繪、電力巡線以及偵查等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

多旋翼飛行器控制器控制飛行器的飛行狀態(tài)，是飛行器系統(tǒng)的重要組成部分。其中多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能參數(shù)是設(shè)計(jì)多旋翼飛行器控制器的重要依據(jù)，準(zhǔn)確的了解飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能有助于設(shè)計(jì)出更加優(yōu)良的控制器。

飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能參數(shù)辨識(shí)，需要知道輸入飛行器動(dòng)力系統(tǒng)的控制信息和輸出飛行器動(dòng)力系統(tǒng)的升力信息。但是由于升力測(cè)量不方便，目前市場(chǎng)上對(duì)飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能參數(shù)辨識(shí)的方法多采用間接測(cè)量升力的方法，即首先測(cè)量出少量升力和電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，計(jì)算出升力與電機(jī)轉(zhuǎn)速平方的系數(shù)，然后再根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和該系數(shù)，計(jì)算出大量的升力數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)。這種方法普遍存在以下缺點(diǎn)：

(1) 記錄升力數(shù)據(jù)不方便。

(2) 計(jì)算升力與電機(jī)轉(zhuǎn)速平方的系數(shù)所選取的數(shù)據(jù)數(shù)量少，不能排除隨機(jī)誤差的影響。

(3) 采用間接的方法計(jì)算升力，引入了干擾，使獲得的升力數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能辨識(shí)不方便、不準(zhǔn)確的問題，提供了一種多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能測(cè)試裝置。

本實(shí)用新型提供：一種多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能測(cè)試裝置，其包括MCU處理器電路，與該MCU處理器電路電連接的測(cè)量電路、轉(zhuǎn)速接口電路和電調(diào)接口電路，其中測(cè)量電路包括升力測(cè)量電路，

所述升力測(cè)量電路用于測(cè)量旋翼升力，包括HX711AD電路和橋式壓力傳感器電路；

所述轉(zhuǎn)速接口電路用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，其輸出端與MCU處理器電路的定時(shí)器輸入捕獲端口相連，轉(zhuǎn)速接口電路的輸入端與無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器連接，所述無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器用于檢測(cè)無刷電機(jī)螺旋槳的電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

所述電調(diào)接口電路用于輸出控制無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM波，電調(diào)接口電路的輸出端與航模電調(diào)的輸入端連接，電調(diào)接口電路的輸入端與MCU處理器電路的定時(shí)器PWM輸出端口相連，所述航模電調(diào)的輸出端與無刷電機(jī)螺旋槳的電機(jī)連接，所述航模電調(diào)的電源端接電源。

所述橋式壓力傳感器電路由四個(gè)電阻應(yīng)變片壓力傳感器構(gòu)成。

所述HX711AD電路由HX711AD轉(zhuǎn)換芯片、Q2三極管、6腳排針接插件JC8、4腳排針接插件JC9、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電阻R8、電阻R9、電阻R12以及電阻R13組成，其中HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的8腳和10腳分別串聯(lián)電阻R8和電阻R9與6腳排針接插件JC8的4腳和6腳連接，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的7腳和9腳與6腳排針接插件JC8的3腳和5腳連接，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的7腳與8腳、9腳與10腳之間分別并聯(lián)電容C4和C5，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的11和12腳與4腳排針接插件JC9相連，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的2腳接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極分別通過電容C6接地以及直接接電源VCC，三極管Q2的發(fā)射極串聯(lián)電阻R12接HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的4腳，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的4腳和5腳之間并聯(lián)電阻R13，三極管Q2的發(fā)射極與HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的5腳之間并聯(lián)電容C7，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的5腳和6腳之間并聯(lián)電容C8。

所述測(cè)量電路還設(shè)有電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路，所述電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路分別與航模電調(diào)連接。

所述MCU處理器電路設(shè)有USB-USART橋接電路，用于實(shí)現(xiàn)USB與USART之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，USB-USART橋接電路的一端與上位計(jì)算機(jī)的USB接口相連，另一端與MCU處理器電路的USART端口連接，所述USB-USART橋接電路為MCU處理器電路和HX711AD提供3.3V供電電壓。

所述電壓測(cè)量電路由電阻R3、電阻R4、電容C13組成，其中電阻R3和電阻R4構(gòu)成分壓電路。

所述電流測(cè)量電路由OPA348SC芯片、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電容C16、電容C17組成，其中OPA348SC芯片的1腳依次串聯(lián)電阻R8、電阻R7接地，OPA348SC芯片的1腳通過電容C16接地，OPA348SC芯片的3腳串聯(lián)電阻R9后接地，OPA348SC芯片的5腳分別通過電容C17接地以及直接接電源VCC，OPA348SC芯片的4腳接MCU處理器電路的AD采樣輸入端，OPA348SC芯片的4腳與3腳之間并聯(lián)電阻R10，其中電阻R8和電阻R7的連接處為采樣端。

本實(shí)用新型利用基于電阻應(yīng)變片的橋式壓力傳感器測(cè)量升力數(shù)據(jù)，使升力數(shù)據(jù)測(cè)量方便；通過直接獲取升力數(shù)據(jù)進(jìn)行多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能辨識(shí)，使得到的旋翼升力模型更加準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2是MCU處理器電路的電路原理圖。

圖3是USB-USART橋接電路的電路原理圖。

圖4是電壓測(cè)量電路的電路原理圖。

圖5是電流測(cè)量電路的電路原理圖。

圖6是升力測(cè)量電路的電路原理圖。

圖7是電調(diào)接口電路的電路原理圖。

圖8是轉(zhuǎn)速接口電路的電路原理圖。

圖9是橋式壓力傳感器電路的電路原理圖。

圖10是HX711AD電路的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說明：

如圖所示，本實(shí)用新型提供一種多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)升力性能測(cè)試裝置100，其包括MCU處理器電路107，與該MCU處理器電路107電連接的測(cè)量電路、轉(zhuǎn)速接口電路105和電調(diào)接口電路104，

所述MCU處理器電路107，通過AD采樣輸入管腳與電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路連接，實(shí)現(xiàn)航模電調(diào)輸入電壓、航模電調(diào)輸入電流的測(cè)量；通過GPIO口(PA5、PB10)與升力檢測(cè)電路連接，實(shí)現(xiàn)旋翼升力的測(cè)量；通過定時(shí)器PWM輸出端口與電調(diào)接口電路連接，實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；通過定時(shí)器輸入捕獲接口與轉(zhuǎn)速接口電路連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量；通過USART接口與USB-USART橋接電路連接，實(shí)現(xiàn)USB與USART之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

MCU處理器電路107由MCU處理器、OBSCILLATOR晶振、JTAG下載接口、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電容C11、電容C12、電阻R2組成，MCU處理器芯片采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的基于Cortex-M3內(nèi)核的32位嵌入式微控制芯片STM32F100CBT6，OBSCILLATOR晶振為STM32F100CBT6微控制器提供外部8MHZ時(shí)鐘、JTAG接口用于下載下位機(jī)程序到控制芯片STM32F100CBT6，電容C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11起到穩(wěn)壓作用、電容C12起到耦合作用，BOOT0經(jīng)過電阻R2連接到地，使程序執(zhí)行從Flash開始。

其中測(cè)量電路包括升力測(cè)量電路103，所述升力測(cè)量電路103用于測(cè)量旋翼升力，包括HX711AD電路和橋式壓力傳感器電路，該橋式壓力傳感器電路包括橋式壓力傳感器；

所述轉(zhuǎn)速接口電路105用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，其輸出端與MCU處理器電路107的定時(shí)器輸入捕獲端口相連，轉(zhuǎn)速接口電路的輸入端與無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器連接，所述無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器用于檢測(cè)無刷電機(jī)螺旋槳的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速接口電路105由2.54mm間距三腳排針接插件RPM_IN構(gòu)成，其中管腳1為無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)輸入口，管腳2連接5V電源，管腳3接地。

所述電調(diào)接口電路用于輸出控制無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM波，電調(diào)接口電路的輸出端與航模電調(diào)的輸入端連接，電調(diào)接口電路的輸入端與MCU處理器電路的定時(shí)器PWM輸出端口相連，所述航模電調(diào)的輸出端與無刷電機(jī)螺旋槳的電機(jī)連接，所述航模電調(diào)的電源端接外置電源，航模電調(diào)是航空模型用電子調(diào)速器的簡(jiǎn)稱，英文名Air-modeling ESC。

電調(diào)接口電路104由2.54mm間距三腳排針接插件PWM_Out構(gòu)成，其中1管腳為定時(shí)器PWM輸出口、2管腳懸空、3管腳接地。

所述橋式壓力傳感器電路由4個(gè)電阻應(yīng)變片壓力傳感器R_1、R_2 R_3和R_4構(gòu)成，所述升力測(cè)量電路103，通過電阻應(yīng)變橋式壓力傳感器的輸出端與HX711AD模塊的輸入端連接，HX711AD電路的輸入端與MCU處理器電路的GPIO口(PA5、PB10)連接，實(shí)現(xiàn)升力測(cè)量。

所述升力測(cè)量電路103由2.54mm間距四腳排針接插件Lift_in構(gòu)成，其中管腳1為HX711AD轉(zhuǎn)換命令控制端、管腳2為HX711D數(shù)據(jù)輸入端，管腳3接3.3V電壓，管腳4接地。

所述HX711AD電路由HX711AD轉(zhuǎn)換芯片、Q2三極管、6腳排針接插件JC8、4腳排針接插件JC9、電容C4、電容C5、電容C6、電容C7、電容C8、電阻R8、電阻R9、電阻R12以及電阻R13組成，其中HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的8腳和10腳分別串聯(lián)電阻R8和電阻R9與6腳排針接插件JC8的4腳和6腳連接，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的7腳和9腳與6腳排針接插件JC8的3腳和5腳連接，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的7腳與8腳、9腳與10腳之間分別并聯(lián)電容C4和C5，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的11和12腳與4腳排針接插件JC9相連，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的2腳接三極管Q2的基極，三極管Q2的集電極分別通過電容C6接地以及直接接電源VCC，三極管Q2的發(fā)射極串聯(lián)電阻R12接HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的4腳，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的4腳和5腳之間并聯(lián)電阻R13，三極管Q2的發(fā)射極與HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的5腳之間并聯(lián)電容C7，HX711AD轉(zhuǎn)換芯片的5腳和6腳之間并聯(lián)電容C8。其中電容C4、C5、C6、C7起到穩(wěn)壓的作用，C8起到耦合作用， HX711AD芯片內(nèi)穩(wěn)壓電路通過芯片外三極管Q2和分壓電阻R12、R13向傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)定的低噪聲模擬電壓。6腳排針接插件JC8的1腳連接到AVDD、2腳連接到GND、3腳連接到通道A-、4腳連接到通道A+、5腳連接到通道B-、6腳連接到通道B+，4腳排針接插件JC9通道1連接到VCC、通道2連接到PD_SCK、通道3連接到DOUT、通道4連接到GND。

所述測(cè)量電路還設(shè)有電壓測(cè)量電路101和電流測(cè)量電路102，所述電壓測(cè)量電路101和電流測(cè)量電路102分別與航模電調(diào)連接。

所述電壓檢測(cè)電路101將航模電調(diào)供電電壓1/10分壓后與MCU處理器的AD接口(PA0)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)電源的電壓測(cè)量；所述電壓測(cè)量電路101由電阻R3、電阻R4、電容C13組成，其中電阻R3和電阻R4構(gòu)成分壓電路，電容C13起到穩(wěn)壓的作用。

所述電流檢測(cè)電路102，通過輸入端接入航模電調(diào)的電源端，輸出端與MCU處理器電路的AD接口(PA3)連接，實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量；所述電流測(cè)量電路102由OPA348SC芯片、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電容C16、電容C17組成，其中OPA348SC芯片的1腳依次串聯(lián)電阻R8、電阻R7接地，OPA348SC芯片的1腳通過電容C16接地，OPA348SC芯片的3腳串聯(lián)電阻R9后接地，OPA348SC芯片的5腳分別通過電容C17接地以及直接接電源VCC，OPA348SC芯片的4腳接MCU處理器電路的AD采樣輸入端，OPA348SC芯片的4腳與3腳之間并聯(lián)電阻R10，其中電阻R8和電阻R7的連接處為采樣端。OPA348SC芯片為精密運(yùn)算放大器，R7為電流感測(cè)電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，R8、R9、R10、C16和OPA348SC芯片組成了放大倍數(shù)為99倍的精密運(yùn)算放大電路、C16、C17起到穩(wěn)壓作用。

所述MCU處理器電路107設(shè)有USB-USART橋接電路106，用于實(shí)現(xiàn)USB與USART之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，USB-USART橋接電路的一端與上位計(jì)算機(jī)的USB接口相連，另一端與MCU處理器電路的USART端口連接，所述USB-USART橋接電路為MCU處理器電路和HX711AD提供3.3V供電電壓。

USB-USART橋接電路106由USB-F接口、FT232R芯片、電阻R1、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4組成，USB接口用于連接USB線，F(xiàn)T232芯片用于USB信號(hào)與USART信號(hào)的轉(zhuǎn)換，電阻R1為0Ω電阻，作用是可以選擇性連接此根導(dǎo)線，電容C1、電容C2、電容C3起穩(wěn)定電壓的作用。

實(shí)施例不應(yīng)視為對(duì)本實(shí)用新型的限制，但任何基于本實(shí)用新型的精神所作的改進(jìn)，都應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。