基于PIC技術的遠程無人機啟動安全保護系統的設計與實現

摘 要:介紹了一套基于PIC技術與光束遮斷式紅外傳感器成熟技術的無人機啟動安全控制及保護系統的設計與實現，系統具有危機報警、自動保護、遠程控制等優點，改進并優化了現有啟動過程。

關鍵詞:無人機啟動安全保護PIC遠程

中圖分類號:S625文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0025-02

某型無人機發動機的啟動過程是整個無人機飛行中關鍵一環，對時效性和啟動成功率的要求極高。而現有操作流程中人員暴露在高速旋轉的發動機螺旋槳側后方，無任何特情保護措施;啟動電機根據調試及啟動需要與發動機依靠手動裝置脫離與結合，只能依據操作人員感官經驗進行操作，極易損毀啟動裝置和對操作人員造成人身傷害，在關鍵時刻影響飛行實施。

1 總體方案與技術途徑

系統基于PIC單片機智能型電動機保護器，利用PIC單片機的軟硬件資源與光束遮斷式紅外傳感器成熟技術，研制無人機遠程啟動安全控制及保護系統，圖1。

系統可使發動機啟動人員遠離裝備危險區實施動作，不但保障了操作人員的人身安全，也對啟動裝置進行了過流保護，防止溫升過高導致電動機燒毀或降低電動機性能從而提高了裝備使用安全性，將無人機發動機傷人亡人事故的發生概率降低，同時縮短操作時間，極大提高發動機的啟動效率，且在利用小型電動機作為發動機啟動機的無人機領域具有廣泛應用前景。

2 遠程控制的設計

采用無線電遙控來實現遠程控制越來越廣泛，其中編碼電路和解碼電路是關鍵，直接影響到整個系統的性能。系統設計的發射電路擬采用PT2262作為編碼器，F05C 作為射頻發射器;接收電路采用J05C和PT2272作為信號接收和解碼;電機的控制部分由LMD18200來實現。系統擬設計三路遙控開關，第一路控制電機驅動電路電源的開與關;第二路用于電機正轉和反轉的切換;第三路控制電機的正轉制動或反轉制動，最終設計出一套性能可靠、使用方便和價格低廉的電機無線遙控系統，圖2。

3 電機驅動控制的設計方案

該系統中直流電機的控制擬完成兩項功能:開關和方向控制。

直流電機的驅動電路采用橋式回路，如圖所示。由于流過直流電機的電流比較大，為了使直流電機工作正常，各三極管工作在飽和區。T1、T2、T3、T4組成一個橋路。T5，T6用普通三極管即可，其主要作用是提升電壓，以保證T1、T2能提供接近Vcc的高電壓。4個二極管DI、D2、D3、D4起保護三極管的作用，以防感性元件(電機)產生的反感應電流對三極管的沖擊。這一點對任何感性負載均應考慮。R1、R2是電子開關T5、T6的限流電阻，又是T、T2的偏置電阻。

4 螺旋槳危險區域聲光報警裝置設計方案

采用紅外對射式光束遮斷式探測器，設計一種被動式紅外報警探測裝置和一套基于單片機的報警系統。

方案擬采用當今流行的AT89C2051單片機控制，體積小，成本低;用紅外線收發管進行檢測;探測信號采用脈沖信號，節能且抗干擾;當操作者靠近螺旋槳危險區域時，能自動進行聲光報警。設計方案如下:

(1)電源電路。220V交流市電經變壓器T降壓，橋式整流器D1整流，電解電容C7濾波，三端穩壓器78L05穩壓，最后得到整機要求的穩定直流電源，或采用電池供電的方式直接提供直流電。

(2)單片機系統。采用AT89C2051單片機。C1，R0，R1和復位按鈕RESET組成手動電平復位和上電自動復位電路;C2，C3以及晶振JT1組成時鐘電路;C4，C5為+5V電源濾波電容。U2為CMOS6反相器CC4069，起驅動作用。VD1～VD6為紅外發射管，其負極端接與P1口，P1口設置為輸出狀態，當P1口為“0”時，VD1～VD6發紅外光。VD7～VD12為紅外接收管，當接收到紅外光時導通，電源通過VD7～VD12加到反相器CC4069的輸入端，經反相為低電平，這時P3.0～P3.5為低電平。發射管和接收管分別安裝在螺旋槳危險區域外的適當位置，當闖入該區域時遮擋了紅外線，接收管截止，驅動聲光報警電路，進行聲光報警。

(3)聲光報警電路。555定時器U4，揚聲器BY，普通紅色發光二極管VD13等組成聲光報警電路。其中555定時器接成了一個低頻多諧振蕩器，其控制電壓輸入端5腳與單片機AT89C2051的P3.7腳相連，受P3.7腳輸出的高低電平間隔1S的脈沖信號控制。當P3.7為高電平時控制電壓Uco較高，閾值電壓UT+(=Uco)和UT-(=1/2Uco)也較高;當P3.7為低電平時UT+和UT-也較低。當UT+較高時，電容C9充、放電的電壓幅度較大，因而振蕩頻率較低。反之，當UT+較低時，電容C9充、放電過程中電壓變化幅度較小，充、放電過程完成得較快，故振蕩頻率較高。即當P3.7=1時，555輸出脈沖的振蕩頻率較低;當P3.7=0時，555輸出脈沖的振蕩頻率高。該輸出脈沖經過隔直電容C8加到揚聲器上，揚聲器將交替發出高、低不同的兩種叫聲。同時，P3.7腳輸出的高低電平間隔1S的脈沖信號經電阻R8加到紅色發光二極管VD13上，VD13將閃爍發光。達到聲光同時報警的效果。

5 結語

本系統可使發動機啟動人員遠離裝備危險區實施動作，不但保障了操作人員的人身安全，也對啟動裝置進行了過流保護，防止溫升過高導致電動機燒毀或降低電動機性能從而提高了裝備使用安全性，將無人機發動機傷人亡人事故的發生概率降低，同時縮短操作時間，改進并優化了現有啟動過程，極大提高了發動機的啟動效率。

參考文獻

[1]彭月祥，張曉明.一種光電安全裝置的設計[J].傳感器技術，1998.

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