无人机自动续航装置设计与制作

2019-11-11冯现政王波

电脑知识与技术 2019年27期

冯现政王波

摘要：无人机是当前应用比较广泛的一种设备，广泛应用于空中摄影、军事等领域，但是无人机在实际应用中受到的时间限制和距离限制，因此无人机续航是摆在面前的一个严峻的问题。本文提出了一种模拟的无人机续航装置，通过太阳能板自动跟踪采集太阳光线，提高太阳能板吸收效率，并通过太阳能板给无人机系统供电。本方案选用STC89C51单片机作为智能单元，根据单片机的特点和所需实现的功能，着重完成了单片机外围硬件电路设计和对应的软件设计。

关键词：无人机;续航;太阳能

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）27-0227-02

目前，随着科技的高速发展，高科技产品已经频繁地出现在人们的视野里，无人机的应用也变得越来越广泛，军事侦察、交通监察、农业喷洒农药、森林火灾预警等领域均出现无人机的身影。但是在无人机飞行中电量有限，不能实现远距离飞行，所以一要定期的更换电池，增加了许多的工作量，同时工作效率不是很高。尽管现在已经有用于无人机的电池更换装置，但仍然存在着一些问题。本文提出一种无人机续航装置模型并通过单片机实现。

1系统总体设计方案

本设计采用的具体方案是阳光照在光敏电阻上，通过光电转换变成电压值，输入AD转换电路，进行DA转换，然后进行AD电压采样，输入控制核心单片机，经处理后最后经过驱动芯片从而控制步进电机的正反转，使太阳能板始终与太阳光线垂直，系统框图如下。

2 硬件电路设计

2.1 单片机控制电路

STC89C51单片机是最早期也最典型的产品，STC89C51单片机学习板是一款基于8位单片机处理芯片STC89C52RC的系统。该类型单片机能实现基本的电机控制，AD转换等功能，满足本方案要求。

2.2 显示电路设计

本方案采用Lcd1602进行信息的简单显示，主要显示4个光敏电阻的光强值。

2.3 光电转换电路设计

光电转换装置接收太阳光，将光信号转换成电信号，根据所采集到的信号，由单片机分析得最终控制的步进电动旋转与转向来达到太阳能板，结果始终是垂直于入射光线，从而达到利用太阳能的最高效率。光电转换电路如图2所示。

2.4 AD转换模块电路设计

由光电转换电路所得到的信号为模拟信号，所以采用AD转换器，将模拟信号转换为数字信号，然后通过单片机进行处理。PCF8591 为单一电源供电（2.5 ～6 V）典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路，采用I2C总线与单片机通信，AD转换电路图如下。

2.5 电机驱动电路

本方案通过2个步进电机来控制太阳能板的上下左右旋转，保证太阳能板始终与太阳光线垂直。步进电机采用的是四相步进电机，四相步进电动机是将电信号转变成角位移或线位移的开关控制元件，其转速、停止位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，具有误差小，易控制等特点，广泛用于仪器设计，本方案采用的是28BYJ48型步进电机，采用ULN2003驅动。

2.6 单片机外围电路设计

（1）电源电路设计

本系统的电源由可充电电池提供，同时太阳能板的另一端接入电源VCC，实现对可充电电池的充电。

（2）按键电路

如图5所示，其中S1是手动和自动模式之间的切换，默认为自动模式，S2，S3，S4，S5是手动模式下，利用手动按键来控制步进电机的正反转。

（3）指示灯电路

系统默认为自动模式，接通电源后LED1亮，当按下S1按键时，切换成手动模式，LED2亮。

3 软件设计

本部分以单片机为核心部件将各个电路模块都连接起来，使我们更清楚设计本意。可设上下左右四个方向的光敏电阻的电压值分别为U1、U2、U3、U4，设精度为10。

单片机在上电后首先会对各个模块进行初始化，将系统显示设置为手动模式，然后检测U1、U2、U3、U4 四个光敏电阻的值，根据读入的数据来调整太阳能板的方向，同时将对应的光强显示在Lcd1602上。

4 小结

本设计从硬件和软件两方面介绍了无人机续航装置的制作。硬件上解决了太阳能板与单片机系统的连接，软件方面解决了如何通过读取光强值来调节太阳能板方向的功能，本设计只是一个基本模型，还有很多的不足和需要改进的地方，将在以后的工作中进行改进。