一种空速自动保护系统技术方案

本发明专利技术涉及一种空速自动保护系统，包括：空速管、PVC软管、差压传感器、微控制器、油门信号输入通道接插件、油门信号输出通道接插件、工作模式选择信号通道接插件、状态显示LED灯。在飞行过程中，根据工作模式选择信号进入三种不同的工作模式：(1)禁止模式，此时系统不进行任何保护控制，直接输出对应的油门输入信号；(2)空速校准模式，此时系统通过差压传感器测量当前飞行的指示空速，并存储该值，作为空速保护的最低门限值；(3)空速保护模式，此时系统在每个计算周期测量当前飞行的指示空速，当检测到的指示空速低于校准值时，自动提供油门补偿，提升飞行速度，避免固定翼无人机或固定翼遥控模型飞机出现失速坠机的情况。

Automatic air speed protection system

The invention relates to an automatic protection system including: airspeed, airspeed tube, PVC tube, pressure sensors, micro controller, throttle signal input channel connector, connector, throttle signal output channel mode selection signal channel connector, LED status display lamp. During the flight, according to the work mode selection signal into three different modes: (1) forbidden mode, the system without any protection control, direct output signal corresponding to the throttle input; (2) airspeed calibration mode, the system through the differential pressure sensor to measure the current flight airspeed indicator, and store the value. As a minimum threshold value of airspeed protection; (3) airspeed protection mode, the system calculation indicated airspeed measuring current in each cycle of flight, when indicated airspeed detected below the calibration value, the throttle automatic compensation, improve flight speed, avoid fixed wing UAV or fixed wing aircraft stall crash remote control model the situation.

【技术实现步骤摘要】
一种空速自动保护系统
本专利技术涉及一种空速自动保护系统，可用于任何固定翼无人机和固定翼遥控模型飞机中。
技术介绍
空速是飞机向前运动时，气流在飞机纵轴方向的相对运动速度，是固定翼飞行器升力和姿态转动力矩的来源，因此是飞行器安全飞行的必备参数。空速可分为指示空速和真实空速，指示空速由空速管末端差压传感器测量，根据差压传感器的信号，直接利用标准海平面大气密度参数，换算成相对海平面上的空速值；真实空速是在差压传感器信号的基础上，通过静压传感器的信号和温度传感器的信号计算出前飞行环境的大气密度参数，再计算出气流的真实气流速度，因此在不同的飞行高度上指示空速和真实空速存在差异性。随着飞行高度的增加，空气变得稀薄，产生与低海拔时相同的指示空速或气流动压需要更大气流速度。用户在操控固定翼遥控模型飞机时，由于视觉感官判断出错或操控不熟练，使得油门控制量过低，容易导致飞机的速度过低而进入失速状态发生坠机事故。在固定翼无人机自主飞行中，由飞控系统控制飞机的飞行速度，但在调试飞控系统时可能出现用户初期设置的油门参数错误，或日常飞行时飞控系统自身的空速检测模块发生故障的情况，造成飞控系统输出的油门控制量过低使飞机的空速过低而发生失速坠机事故。因此有必要设计一个使用简便，体积小，质量轻并且模块化的自动空速保护系统，为上述两种使用场合提供空速保护，减少因失速造成的坠机事故。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术高成本，使用复杂的缺点，提供一种低成本，使用简便、体积小、功能可靠的固定翼无人机和固定翼遥控模型飞机的空速自动保护系统。本专利技术的技术解决方案为：一种空速自动保护系统设计，其特征在于包括以下方面：一种空速自动保护系统，包括：空速管、差压传感器、微控制器、油门信号输入端口、油门信号输出端口、工作模式选择端口、状态指示灯；空速管与差压传感器相连接，将飞行器外部气流导入机舱内的差压传感器中；微控制器采集差压传感器输出的气流动压信号并计算出指示空速值，以此作为判断空速保护的依据，并根据工作模式选择端口的PWM信号三种脉宽区间来确定进入三种不同的工作模式：禁止模式、空速校准模式和空速保护模式；三种模式均可在飞行过程中根据用户需要实时切换；在禁止模式时，处于直连油门信号的状态，微控制器将捕获到的油门输入PWM信号通过油门信号输出端口直接输出，不对油门信号进行任何调制或控制；在空速校准模式时，微控制器通过差压传感器测量并存储当前飞行的指示空速值，并以该值作为触发空速保护程序最低门限值，在下次上电后直接读取该值；校准完成后在没有退出该模式时，不参与油门信号的控制，油门输出控制量等于油门信号的输入量；在空速保护模式时，若微控制器检测到的指示空速值高于校准值时，则油门信号输出端直接输出油门信号的输入量，若检测到指示空速值低于校准值时，则根据误差大小计算保护空速所需要的油门控制量，并输出该控制量，直至飞机的指示空速值提升至校准值以上。所述空速自动保护系统串联在飞行器的油门通道上，将原来直接传送给油门驱动设备的PWM信号经过所述空速自动保护系统后再传送给油门驱动设备。通过遥控器接收机或无人机机载电子设备输出三种脉宽区间的PWM波信号给工作模式选择端口。所述差压传感器为低成本、MEMS工艺的差压测量传感器，满足飞行器电子设备低功耗、小体积、轻质量的限制。所述获取最低安全飞行的指示空速值的方法是在飞行过程中进行校准，不需经过预先复杂的计算，并且用户根据需要进行多次校准，调整安全飞行指示空速值的最低门限值。在空速校准模式时，所述微控制器采用多次采样并求均值的方式来获取用户设定的最低安全飞行指示空速值。所述自动保护系统上电时，微控制器检测油门信号输入端口和工作模式选择端口的信号，当工作模式选择端口的油门PWM信号不在正常值区间或工作模式未选择禁止模式时，此时系统不能正常初始化并通过指示灯快闪提示用户检查系统，起到保护作用。所述自动保护系统上电时，微控制器检测油门信号输入端口的PWM波信号，当油门信号处于中位时进入油门行程校准程序，校准并存储油门输入信号的行程大小，提高对不同飞机的油门行程设置的兼容性，并以校准的油门输入行程作为油门输出PWM信号的限幅区间。所述微控制器在三个工作模式下，每个运行周期都实时监测工作模式选择端口的PWM信号和油门输入端口的PWM信号有效性，当工作模式选择端口的PWM信号异常或丢失，则自动进入禁止模式；当油门信号输入端口的PWM信号异常或丢失超过设定的时间，如3秒钟，则通过油门信号输出端口输出最低油门信号，关闭飞机的动力设备，以保证在突发情况下保护人员的安全。本专利技术的原理是：固定翼飞行器的升力和姿态变换力矩来源于作用其表面的空气动压力，空气动压力的大小和空气的密度与流速成正相关。因此通过差压传感器与空速管的连接，测量气流的动压力，微控制器根据测量值换算成对应的指示空速值并与校准值对比确定是否提供油门控制量的补偿，使当前空速足够产生校准值以上对应的空气动压，从而保证足够的气动压力作用于飞行器表面，避免发生失速的情况。指示空速的校准值是在飞行器飞行过程中，逐渐降低飞行器的速度，使飞行器接近失速状态时切换系统的工作模式进入校准模式，此时系统记录并存储当前的指示空速。在系统进入空速保护模式时，当检测到的指示空速低于校准值时，自动提供油门补偿提升飞行速度，达到避免飞行器进入失速状态的目的。本专利技术与现有技术相比的优点在于：只需差压传感器连接空速管作为系统的测量元件，通过简易的信号连接方式可将本专利技术以模块化的形式集成在固定翼无人机或固定翼遥控模型飞机的机载电子系统中，免去繁琐的连线，复杂的调试参数等使用方式。同时，本专利技术提供了一种在飞行过程中校准、存储最低指示空速并以该值作为飞行指示空速最低门限值，免去了复杂的计算，并可方便地进行多次校准来获取最佳校准值。本专利技术以小巧的模块化设计，简便、通用的连接的方式连接在固定翼无人机和固定翼遥控模型飞机原有机载电子设备中，提供的三种工作模式可由用户或上层控制系统可以根据具体情况需要来决定具体的工作模式，提高了系统整体使用的灵活性和安全性。附图说明图1为本专利技术的自动空速保护系统的硬件解决方案图。具体实施方式如图1所示，本专利技术包括空速管4、差压传感器5、微控制器7、油门信号输入端口2、油门信号输出端口3、工作模式选择端口1、状态指示灯8。空速管4与动压传感器5通过PVC软管6相连，将飞行器的外部气流导入机舱内差压传感器中，检测空气动压。将所述空速保护系统串联在飞行器的油门信号通道上，固定翼遥控模型飞机的接收机或无人机的飞控系统输出两路周期为20ms的PWM信号给空速保护系统，其中一路为工作模式选择信号，另一路为油门输入信号。空速保护系统则输出一路周期为20ms的PWM信号给飞行器动力装置的驱动设备。微控制器在每个运行周期采集差压传感器输出的气流动压值Pd，将动压值Pd与标准大气下海平面空气密度ρo＝1.225kg/m3代入公式:算出指示空速V，作为系统的测量值。微控制器在每个运行周期捕获工作模式选择端口和油门输入端口的PWM信号，计算模式选择信号的脉宽WH，当0.9ms≤WH＜1.4ms时，系统进入禁止模式，红色LED灯常亮，每个运行周期都直接输出从油门输入端口捕获的PWM信号。当1.4m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空速自动保护系统，其特征在于：包括空速管、差压传感器、微控制器、油门信号输入端口、油门信号输出端口、工作模式选择端口、状态指示灯；空速管与差压传感器相连接，将飞行器外部气流导入机舱内的差压传感器中；微控制器采集差压传感器输出的气流动压信号并计算出指示空速值，以此作为判断空速保护的依据，并根据工作模式选择端口的PWM信号三种脉宽区间来确定进入三种不同的工作模式：禁止模式、空速校准模式和空速保护模式；三种模式均可在飞行过程中根据用户需要实时切换；在禁止模式时，处于直连油门信号的状态，微控制器将捕获到的油门输入PWM信号通过油门信号输出端口直接输出，不对油门信号进行任何调制或控制；在空速校准模式时，微控制器通过差压传感器测量并存储当前飞行的指示空速值，并以该值作为触发空速保护程序最低门限值，在下次上电后直接读取该值；校准完成后在没有退出该模式时，不参与油门信号的控制，油门输出控制量等于油门信号的输入量；在空速保护模式时，若微控制器检测到的指示空速值高于校准值时，则油门信号输出端直接输出油门信号的输入量，若检测到指示空速值低于校准值时，则根据误差大小计算保护空速所需要的油门控制量，并输出该控制量，直至飞机的指示空速值提升至校准值以上。...

【技术特征摘要】
1.一种空速自动保护系统，其特征在于：包括空速管、差压传感器、微控制器、油门信号输入端口、油门信号输出端口、工作模式选择端口、状态指示灯；空速管与差压传感器相连接，将飞行器外部气流导入机舱内的差压传感器中；微控制器采集差压传感器输出的气流动压信号并计算出指示空速值，以此作为判断空速保护的依据，并根据工作模式选择端口的PWM信号三种脉宽区间来确定进入三种不同的工作模式：禁止模式、空速校准模式和空速保护模式；三种模式均可在飞行过程中根据用户需要实时切换；在禁止模式时，处于直连油门信号的状态，微控制器将捕获到的油门输入PWM信号通过油门信号输出端口直接输出，不对油门信号进行任何调制或控制；在空速校准模式时，微控制器通过差压传感器测量并存储当前飞行的指示空速值，并以该值作为触发空速保护程序最低门限值，在下次上电后直接读取该值；校准完成后在没有退出该模式时，不参与油门信号的控制，油门输出控制量等于油门信号的输入量；在空速保护模式时，若微控制器检测到的指示空速值高于校准值时，则油门信号输出端直接输出油门信号的输入量，若检测到指示空速值低于校准值时，则根据误差大小计算保护空速所需要的油门控制量，并输出该控制量，直至飞机的指示空速值提升至校准值以上。2.根据权利要求1所述一种空速自动保护系统，其特征在于：所述空速自动保护系统串联在飞行器的油门通道上，将原来直接传送给油门驱动设备的PWM信号经过所述空速自动保护系统后再传送给油门驱动设备。3.根据权利要求1所述一种空速自动保护系统，其特征在于：通过遥控器接收机或无人机机载电子设备输出三种脉宽区间的PWM波信号给工作模式选择端口。4.根据权利要求1所述一种空速自动保护系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨百川，盛蔚，黄伟杰，
申请(专利权)人：杨百川，
类型：发明
国别省市：北京,11