本發(fā)明屬于過載測量觸發(fā)技術，涉及一種具有控制接口的無人機機載過

載測量觸發(fā)裝置。

背景技術：

目前，公知的過載測量設備是通過加速度敏感元件進行信號采集，或過載信號有一定的持續(xù)時間，或利用處理器高速實時專門采集過載信號。而已公知的專利(專利號CN105173958A)以加速度測量為主，是應用于民用電梯執(zhí)行機構，實時性要求較低，同時不具有控制接口，無法滿足瞬時響應實時性要求，不能適用于無人機機載多任務使用要求。

技術實現要素：

本發(fā)明解決的技術問題是：為了克服無人機過載瞬間信號持續(xù)短(通常在1毫秒～3毫秒)，上位處理器任務繁重難以及時采集到過載信號，或為了采集無法確定時間的瞬時過載信號和任務執(zhí)行，大幅提高上位處理器性能，增加成本的問題。本職務發(fā)明提供一種具有控制接口的無人機機載過載測量觸發(fā)器，在保證過載測量精度和觸發(fā)有效性的基礎上，通過遠端控制，根據過載設置門限判斷自動進行過載觸發(fā)，同時并具有依據控制信號的保持(或變化)，觸發(fā)信號保持(或待重新觸發(fā))功能。

本發(fā)明的技術方案是：一種具有控制接口的無人機機載過載測量觸發(fā)器，包括電源驅動電路1、電源基準電路2、過載敏感電路3、信號調理電路4、信號比較電路5、控制觸發(fā)電路6和電源7；外部電源7經驅動電路1轉換電壓后，一路功率輸出為過載敏感電路3、信號調理電路4、信號比較電路5和控制觸發(fā)電路6供電，一路功率輸出經電源基準電路2轉換電壓后，為信號調理電路4供電；來自無人機的天向過載經過載敏感電路感應轉換和濾波后傳入信號調理電路4；經信號調理電路4放大信號后傳入信號比較電路5，信號比較電路5中的放大信號與閾值進行比較；當信號值大于閾值時，信號比較電路5的輸出電平由低電平變?yōu)楦唠娖?，此時控制觸發(fā)電路6采集到該電平跳變；若控制指令8為高電平，控制觸發(fā)電路6采集到的電平跳變信號有效，控制觸發(fā)電路6輸出高電平，無人機系統(tǒng)執(zhí)行拋傘指令；若控制指令8為低電平，控制觸發(fā)電路6采集到的電平跳變信號無效，控制觸發(fā)電路6輸出仍為低電平，無人機系統(tǒng)不執(zhí)行拋傘指令；當信號值小于等于閾值時，信號比較電路5輸出始終保持低電平，此時控制觸發(fā)電路6未采集到電平跳變；無論控制指令8為高電平還是低電平，控制觸發(fā)電路6始終輸出低電平，無人機系統(tǒng)不執(zhí)行拋傘指令。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述電源驅動電路1包括DC-DC模塊、若干電容、電感L1和電感L2；Vin為外部電源信號，作為輸入電壓；GNDin為來自無人機機載電網電源地，作為輸入地；Vin、GNDin經過電容C1、電容C2濾波后，再經過共模電感L1消除共模干擾，然后經過電容C3、電容C4濾波，作為DC-DC模塊11的輸入電源和輸入電源地；DC-DC模塊11輸出+5V和輸出電源地，經過電容C5、電容C6濾波后，再經過共模電感L2消除共模干擾，然后經過電容C7、電容C8濾波，作為輸出電壓5Vout和輸出地GNDout。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述過載敏感電路包括電阻R1，加速度敏感元件12、電容C9和伴隨電路13；加速度敏感元件12一端與電阻R1、伴隨電路13相互串接，經伴隨電路13輸出過載原始信號；且在加速度敏感元件12和電阻R1之間并接C9后接地。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述信號調理電路4信號調理電路4包括零位調節(jié)電路、放大電路和濾波電路；R2，R3串聯(lián)和R4構成零位調節(jié)電路；R2一端接+5V電源，R3一端接地，R2和R3串聯(lián)節(jié)點通過電阻R4反饋到運算放大器輸入端；輸入端R5和R6構成放大電路；R5一端接過載原始信號Ua，一端接運算放大器的輸入端；R6作為反饋回路連接運算放大器的輸入端和輸出端；R7和C2構成一階低通濾波電路，R7一端連接運算放大器的輸出端，C2一端接地，R2和R3串聯(lián)節(jié)點為信號調理電路4輸出的過載信號。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述控制觸發(fā)電路6觸發(fā)器、控制輸入/PR、信號源CLK；控制輸入/PR連接來自上位機的控制指令8，并通過下拉電阻R9接地，使得控制輸入/PR默認電平為低電平，當上位機的控制指令為高電平時控制輸入/PR為高電平，當上位機的控制指令8為低電平時控制輸入/PR為低電平；信號源(CLK)通過隔離電阻R8連接信號比較電路5輸出的電平信號；觸發(fā)器的/CLR端始終高電平5V，觸發(fā)器的ID端始終接地；觸發(fā)器的/Q端通過隔離電阻R9輸出觸發(fā)信號9，作為控制觸發(fā)電路6的輸出。

本發(fā)明的進一步技術方案是：信號調理電路4對過載敏感電路3輸出的過載原始信號進行零位調節(jié)和放大濾波處理后，可供外部AD采集。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述觸發(fā)器選擇74HC74系列。

發(fā)明效果

本發(fā)明的技術效果在于：由于選用加速度敏感元件通過信號調理實現了無人機過載信號的測量，同時采用了具有控制接口的觸發(fā)器，在保證信號觸發(fā)的有效性的情況下，根據過載設置門限判斷自動進行過載觸發(fā)，同時并具有依據控制信號的保持(或變化)，觸發(fā)信號保持(或待重新觸發(fā))功能。本發(fā)明設計合理，結構簡單，減小了上位處理器的實時采集處理的負擔，適合無人機低成本多任務系統(tǒng)。

附圖說明

附圖標記說明：

圖1是本發(fā)明的示意圖

圖2是電源驅動電路示意圖。

圖3為過載敏感電路的示意圖。

圖4為信號調理電路的示意圖

圖5為控制觸發(fā)電路。

附圖標記說明：1－電源驅動電路，2－電源基準電路，3－過載敏感電路，4－信號調理電路，5－信號比較電路，6－控制觸發(fā)電路，7－電源28V，8-控制指令，9－觸發(fā)信號，10－過載信號，11－28V轉5V的DC-DC模塊，L1－不小于1mH的共模電感，L2－不小于1mH的共模電感，C1－低頻濾波電容，C2－高頻濾波電容，C3－低頻濾波電容，C4－高頻濾波電容,C5－低頻濾波電容，C6－高頻濾波電容,C7－低頻濾波電容，C8－高頻濾波電容,Vin－輸入電壓28V,GNDin－輸入地，Vout－輸出電壓5V,GNDout－地。12－加速度敏感元件，13－伴隨電路，R1－不大于100Ω的隔離電阻，C9－不大于0.1uF的低頻濾波電容,Ua－過載原始信號。

N1—低噪聲，軌對軌的運算放大器，R2－阻值為10K的零位匹配電阻，

R3－零位調節(jié)電阻，R4－不小于1MΩ的隔離電阻，R5－阻值為10KΩ增益匹配電阻，R6－增益調節(jié)電阻，R7－不大于100Ω的濾波電阻，C2－不大于0.1uF的低頻濾波電容,Vref－電源基準電路輸出2.5V；15—信號比較電路的輸出信號，16—控制信號，17－觸發(fā)信號，N2－觸發(fā)翻轉器，R8－不大于100Ω的隔離電阻，R9－不小于1K的下拉電阻，R10－不大于100Ω的隔離電阻。

具體實施方式

參照附圖，針對本發(fā)明具體技術方案進行進一步闡述

參見圖1-圖5，本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括：電源驅動電路、電源基準電路、過載敏感電路、信號調理電路、信號比較電路、控制觸發(fā)電路。

電源驅動電路1以電源28V7為輸入，輸出電源5V為電源基準電路2，過載敏感電路3，信號調理電路4，信號比較電路5，控制觸發(fā)電路6提供工作電壓。電源基準電路2以電源驅動電路1輸出的電源5V為輸入，輸出基準電壓2.5V。過載敏感電路3以電源驅動電路1輸出的電源5V為工作電壓，輸出過載原始信號。信號調理電路4以電源驅動電路1輸出的電源5V為工作電壓，分別以電源基準電路2輸出的基準電壓2.5V為和過載敏感電路3輸出的過載原始信號為輸入，輸出過載信號10。信號比較電路5以電源驅動電路1輸出的電源5V為工作電壓，以信號調理電路4輸出的過載信號為輸入，輸出電平信號?？刂朴|發(fā)電路6以電源驅動電路1輸出的電源5V為工作電壓，以信號比較電路5輸出的電平信號為輸入，以控制指令8為控制輸入，輸出觸發(fā)信號9?？刂浦噶?為控制觸發(fā)電路6的控制輸入，默認值為TTL低電平，無論信號比較電路5輸出的電平信號是否有電平變化，控制觸發(fā)電路輸出均保持TTL低電平；當控制指令8為TTL高電平時，信號比較電路輸出5的電平信號有TTL低電平到TTL高電平的跳變，控制觸發(fā)電路輸出6的觸發(fā)信號9便由TTL低電平變?yōu)門TL高電平，且觸發(fā)信號9一直保持直到控制指令8為TTL低電平。

所述電源驅動電路為公知的DC-DC模塊和公知的由共模電感和陶瓷電容構成的電源濾波器，將外部供電+28V轉換為電源基準電路、過載敏感電路、信號調理電路、信號比較電路、控制觸發(fā)電路所需的工作電壓5V。所述電源基準電路為公知的基準電源模塊，為信號調理電路提供信號基準電壓2.5V。所述的過載敏感電路為了避免加速度敏感元件輸出阻抗過大影響信號調理的效果，在其輸出端連接公知的由運算放大器為核心的一階伴隨電路以減小阻抗，輸出過載原始信號。所述的信號調理電路，為提高信號的靈敏度且保證批量加速度計信號輸出的一致性，對加速度原始信號進行信號零位調節(jié)、放大和濾波處理，由運算放大器和不同匹配電阻電容構成。運算放大器正向輸入端連接電源基準電路輸出端，負向通過增益匹配電阻與過載敏感電路輸出端連接，同時調零電阻則通過大阻值的隔離電阻接于運算放大器的負向輸入端，增益調節(jié)電阻作為運算放大器的反饋通路，而運算放大器的輸出端連接由濾波電阻和濾波電容組成的一階RC濾波器，輸出的過載信號作為信號調理電路的輸出。所述的信號比較電路是公知的由運算放大器為核心的電壓比較電路，通過設置門限值，門限值可根據不同機型設置，在本專利中門限值為2g對應的電壓值，過載信號與該門限值進行比較，來實現高低電平的轉換，輸出的電平信號作為控制觸發(fā)電路的時鐘輸入。

所述的控制觸發(fā)電路是以觸發(fā)器為中心，控制指令為控制輸入，信號比較電路輸出的電平信號作為信號源輸入來實現信號的轉換。其中信號比較電路輸出的電平信號作為時鐘信號與CLK腳相連，控制指令連與控制端。輸出端Q作為觸發(fā)信號輸出。為了避免錯誤的過載觸發(fā)，控制指令對輸出起控制作用。當控制指令為TTL高電平時，信號比較電路輸出的電平信號由TTL低電平到TTL高電平的跳變，控制觸發(fā)電路輸出便由TTL低電平變?yōu)門TL高電平，且該TTL高電平一直保持直到控制指令變化為TTL低電平；但當控制信號為TTL低電平時，無論信號比較電路輸出的電平信號是否有電平變化，控制觸發(fā)電路輸出均保持TTL低電平。

所述電源驅動電路為公知的DC-DC模塊TMR-2E和由1mH共模電感和0.1uF陶瓷電容構成的電源濾波器，將外部供電+28V轉換為電源基準電路、過載敏感電路、信號調理電路、信號比較電路和控制觸發(fā)電路所需的工作電壓5V。所述電源基準電路為公知的ADR03BR基準電源模塊，為信號調理電路提供信號基準電壓2.5V。

所述的過載敏感電路根據需求選用量程為±37g的加速度敏感元件，在加速度敏感元件輸出端對地有0.47uF的濾波電阻，然后通過100Ω的隔離電阻作為公知的一階伴隨電路的輸入，而公知的一階伴隨電路輸出過載原始信號。

所述的信號調理電路，對加速度原始信號進行信號零位調節(jié)、放大和濾波處理。由運算放大器和不同匹配電阻電容構成。運算放大器選擇軌對軌OP295，運算放大器正向輸入端連接電源基準電路輸出的基準電壓2.5V，負向通過10K的增益匹配電阻與過載敏感電路輸出的過載原始信號連接，增益調節(jié)電阻作為運算放大器的反饋通路，通過調節(jié)增益調節(jié)電阻彌補批次電阻阻值誤差的差異性，對過載原始信號進行2倍放大。同時，通過連接于電源5V和地之間的兩個調零電阻，解決批次加速度敏感元件零位誤差的離散性，該兩個調零電阻之間通過不小于1M隔離電阻接于運算放大器的負向輸入端。該調零電阻一個選擇固定阻值10K，另一個電阻阻值則根據不同加速度敏感元件進行選擇，使得調節(jié)后的過載信號零位在2.5V±50mV。而運算放大器的輸出端連接由公知的100Ω的濾波電阻和0.1uF的濾波電容組成的一階RC濾波器，輸出的過載信號作為信號調理電路的輸出。

所述的信號比較電路是公知的由運算放大器為核心的電壓比較電路。運算放大器選擇軌對軌的OP295，運算放大器的正向輸入端連接信號調理電路輸出的過載信號；兩個門限電阻通過對+5V的分壓(即兩個門限電阻串聯(lián)一端連5V另一端連接“地”)，兩個電阻之間作為運算放大器的實現系統(tǒng)過載門限的設置。過載信號與該過載門限值進行比較，當過載信號大于過載門限值運算放大器輸出TTL高電平，反之輸出TTL低電平，來實現高低電平的轉換，作為控制觸發(fā)電路的時鐘輸入。

所述的控制觸發(fā)電路是以觸發(fā)器為中心，控制指令為控制輸入，信號比較電路輸出的電平信號作為信號源輸入來實現信號的轉換。其中觸發(fā)器選擇74HC74系列，信號比較電路輸出的電平信號作為時鐘信號與CLK腳相連，控制指令通過1K的下拉電阻后連與控制端(PR腳)，CLR端始終高電平5V，ID始終接地。輸出端Q作為觸發(fā)信號輸出。為了避免錯誤的過載觸發(fā)，控制指令對輸出起控制作用。當控制指令為TTL高電平時，信號比較電路輸出的電平信號由TTL低電平到TTL高電平的跳變，控制觸發(fā)電路輸出的觸發(fā)信號便由TTL低電平變?yōu)門TL高電平，且該TTL高電平一直保持直到控制指令為TTL低電平；但當控制信號為TTL低電平時，無論信號比較電路輸出的電平信號是否有電平變化，控制觸發(fā)電路輸出均保持TTL低電平。

本發(fā)明中過載敏感電路3和信號調理電路4的連接能夠滿足信號實時采集的要求；過載敏感電路3和信號調理電路4，配合信號比較電路5和控制觸發(fā)電路6能夠完成信號控制和信號的有效觸發(fā)，滿足多任務作業(yè)要求。本發(fā)明結構簡單可靠性高，接口形式通用，實施方式便利，無須對上位處理器進行接口改造，同時不給上位處理器增加額外負擔，即可完成控制采集任務，減小了上位處理器的實時采集處理的負擔，適合無人機低成本多任務系統(tǒng)。