一种电调运行监测装置、无人机及水下机器人的制作方法

本申请涉及电子设备技术领域，具体而言，涉及一种电调运行监测装置、无人机及水下机器人。

背景技术：

目前无人机和大功率水下机器人产品大多仍采用脉冲宽度调制接口控制电调驱动无刷电机，该方案虽能满足整机的控制需求，但缺乏对电机基本运行数据(如电压、电流、转速等信息)的监控，一旦系统故障定位原因将显得尤为困难。基于此大多数整机上多采用串行通信接口、can通信方式，在实现控制指令下发的同时具备电调信息反馈功能。

现有技术中，一般电调数据记录功能都是在无人机主控单片机上实现，在增加日志功能软件开发任务的同时由于不同电调厂商的自定义协议，也不利于功能软件复用。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种电调运行监测装置、无人机及水下机器人，该电调运行监测装置可以实现对电调运行数据的记录，为分析系统问题提供重要参考信息，具有体积小、通用性强、无协议存储的技术效果。

第一方面，本申请实施例提供了一种电调运行监测装置，包括第一对外接口、数据处理芯片、外设接口、数据存储模块电路和第二对外接口；

所述第一对外接口分别与所述数据处理芯片、电机连接，用于将所述电机的电调运行数据传输至所述数据处理芯片；

所述外设接口分别与所述数据存储模块电路、所述数据处理芯片连接；

所述第二对外接口分别与所述数据存储模块电路、数据存储卡连接，所述电调运行数据通过所述数据存储模块电路传输至所述数据存储卡。

在上述实现过程中，该电调运行监测装置可以实现对电调运行数据的记录，具有体积小、通用性强、无协议存储等优点；该电调运行监测装置可以像飞机黑匣子一样存储电调所有运行信息，为分析系统问题提供了重要参考信息；同时，针对无人机和水下产品的特有使用需求，可以在该电调运行监测装置上集成多种附加功能，从而使该电调运行监测装置在无人机系统和水下电机控制产品中都具有很强的工程实际意义。

进一步地，所述装置还包括第一接口电路，所述第一接口电路分别与所述数据处理芯片、所述第一对外接口连接。

在上述实现过程中，第一可以将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，第一接口电路被集成于其他第一对外接口的连结上。

进一步地，所述装置还包括第二接口电路，所述第二接口电路分别与所述数据处理芯片、所述第一对外接口连接。

在上述实现过程中，使用第二接口电路的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

进一步地，所述装置还包括故障检测电路，所述故障检测电路与所述外设接口连接。

在上述实现过程中，电调反馈数据包中包含较为完整的运行信息，比如电池电压、电机相电流信息，以及转速指令、转速反馈、mosfet温度、故障代码等；通过故障检测电路对电调运行数据进行故障检测，可以使该电调运行监测装置具备过压、欠压、过流、堵转、通信断连、过温保护机制。

进一步地，所述装置还包括led电路，所述led电路与所述故障检测电路连接。

在上述实现过程中，当故障检测电路检测电子调速器出现故障时，可以通过led电路发出告警信息。

进一步地，所述装置还包括蜂鸣器电路，所述蜂鸣器电路与所述故障检测电路连接。

在上述实现过程中，当故障检测电路检测电子调速器出现故障时，可以通过蜂鸣器电路发出告警信息。

进一步地，所述装置还包括动态响应评估/可靠性测试电路，所述动态响应评估/可靠性测试电路与所述外设接口连接。

在上述实现过程中，通过动态响应评估/可靠性测试电路，可以对电调模块的响应时间指标进行评估，以及进行可靠性测试。

进一步地，所述装置还包括模式切换开关和pwm对外接口，所述模式切换开关分别与动态响应评估/可靠性测试电路、所述pwm对外接口连接。

在上述实现过程中，模式切换开关提供动态响应评估和可靠性测试之间的选择和切换，pwm对外接口则分别为动态响应评估、可靠性测试提供pwm控制阶跃功能、pwm控制模式。

第二方面，本申请实施例提供了一种无人机，包括第一方面任一项所述的电调运行监测装置。

第三方面，本申请实施例提供了一种水下机器人，包括第一方面任一项所述的电调运行监测装置。

本申请公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电调运行监测装置的架构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种电调运行监测装置的架构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种单片机和sd卡的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供了一种电调运行监测装置、无人机及水下机器人，该电调运行监测装置可以应用于对电机调速器的运行数据记录和监测；该电调运行监测装置可以实现对电调运行数据的记录，具有体积小、通用性强、无协议存储等优点；该电调运行监测装置可以像飞机黑匣子一样存储电调所有运行信息，为分析系统问题提供了重要参考信息；同时，针对无人机和水下产品的特有使用需求，可以在该电调运行监测装置上集成多种附加功能，从而使该电调运行监测装置在无人机系统和水下电机控制产品中都具有很强的工程实际意义。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种电调运行监测装置的架构示意图，该电调运行监测装置包括第一对外接口100、数据处理芯片200、外设接口300、数据存储模块电路400和第二对外接口500。

示例性地，第一对外接口100分别与数据处理芯片200、电机连接，用于将电机的电调运行数据传输至数据处理芯片200。

示例性地，电调全称电子调速器(electronicspeedcontrol，esc)，针对电机不同，可分为有刷电调和无刷电调，电调根据控制信号调节电动机的转速。

可选地，第一对外接口100分别与电机的电子调速器连接、数据处理芯片200连接，通过第一对外接口100将电子调速器的运行数据(即电调运行数据)发送至数据处理芯片200。

可选地，数据处理芯片200可以是一种单片机。作为示例，单片机的型号可以是stm32、pic、51系列、avr、tms、msp430中的一种；应理解，上述单片机的型号仅作为示例而非限定，只要满足要求，也可以采用其他型号的单片机。

示例性地，外设接口300分别与数据存储模块电路400、数据处理芯片200连接。作为示例，外设接口300可以是数据处理芯片(如stm32)上的接口。

可选地，数据存储模块电路400可以是一种sd存储卡(securedigitalmemorycard，安全数码卡)模块电路，sd存储卡是一种基于半导体快闪存储器的新一代高速存储设备。sd存储卡的技术是从mmc卡(multimediacard)格式上发展而来，在兼容sd存储卡基础上发展了sdio(sdinput/output)卡，此兼容性包括机械，电子，电力，信号和软件，通常将sd、sdio卡俗称sd存储卡。

在一些实施方式中，sd存储卡与单片机通信模式可以是spi总线通信模式，也可以是sd总线通信模式。

示例性地，第二对外接口500分别与数据存储模块电路400、数据存储卡连接，电调运行数据通过数据存储模块电路400传输至数据存储卡。

可选地，数据存储卡可以是一种sd存储卡。

在一些实施方式中，该电调运行监测装置可以实现对电调运行数据的记录，具有体积小、通用性强、无协议存储等优点；该电调运行监测装置可以像飞机黑匣子一样存储电调所有运行信息，为分析系统问题提供了重要参考信息；同时，针对无人机和水下产品的特有使用需求，可以在该电调运行监测装置上集成多种附加功能，从而使该电调运行监测装置在无人机系统和水下电机控制产品中都具有很强的工程实际意义。

在一些实施场景中，该电调运行监测装置的内部集成fat32文件系统，可以实现高速可靠的文件管理和数据存储。例如，第一对外接口100可以是ttl接口，将收到的ttl串口数据以txt文件格式写入其sd卡上，实现电调运行数据的记录。此设备可以用于所有带有ttl串口的设备，而且无传输协议限制，完全透明传输。该模块还支持rs485、rs422等常用通信接口。最高支持115200波特率全速传输数据并存储。有效保证了电调运行数据的实时性。通过对电调实际运行特性参数的记录，对于优化整机动力系统设计提供了必要的基础数据。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的另一种电调运行监测装置的架构示意图。

示例性地，该电调运行监测装置还包括第一接口电路110，第一接口电路110分别与数据处理芯片200、第一对外接口100连接。

示例性地，该电调运行监测装置还包括第二接口电路120，第二接口电路120分别与数据处理芯片200、第一对外接口100连接。

示例性地，第一接口电路110、第二接口电路120用于与第一对外接口的类型对应，第一接口电路110、第二接口电路120的转换芯片将第一对外接口接收到的数据转换为单片机接收的数据，因此不局限于uart、rs485，ttl、com、can、rs232、rs422等。

示例性地，第一接口电路110可使用uart，uart又称为通用异步收发传输器(universalasynchronousreceiver/transmitter)，uart可以将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，作为把并行输入信号转成串行输出信号的芯片，第一接口电路110被集成于其他第一对外接口100的连结上。

示例性地，第二接口电路120可使用rs485，rs485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

示例性地，该电调运行监测装置还包括故障检测电路600，故障检测电路600与外设接口300连接。

示例性地，电调反馈数据包中包含较为完整的运行信息，比如电池电压、电机相电流信息，以及转速指令、转速反馈、mosfet温度、故障代码等；通过故障检测电路600对电调运行数据进行故障检测，可以使该电调运行监测装置具备过压、欠压、过流、堵转、通信断连、过温保护机制。

示例性地，该电调运行监测装置还包括led电路610，led电路610与故障检测电路600连接。

示例性地，当故障检测电路600检测电子调速器出现故障时，可以通过led电路610发出告警信息。

可选地，led电路610可以实rgb三色led电路。

示例性地，该电调运行监测装置还包括蜂鸣器电路620，蜂鸣器电路620与故障检测电路600连接。

示例性地，当故障检测电路600检测电子调速器出现故障时，可以通过蜂鸣器电路620发出告警信息。

在一些实施场景中，电调反馈数据包中包含较为完整的运行信息，比如：电池电压、电机相电流信息，以及转速指令、转速反馈、mosfet温度、故障代码等。故障检测电路600使该电调运行监测装置具备过压、欠压、过流、堵转、通信断连、过温保护机制；一旦触发保护机制，电调运行监测装置上的蜂鸣器电路620和led电路610将发出告警信息。结合蜂鸣器和灯语信息可以直接观测到系统状态信息，同时内部记录的故障参数、故障代码对于实际系统测试、定位系统故障问题都有非常重要的作用。

示例性地，该电调运行监测装置还包括动态响应评估/可靠性测试电路700，动态响应评估/可靠性测试电路700与外设接口300连接。

示例性地，通过动态响应评估/可靠性测试电路700，可以对电调模块的响应时间指标进行评估，以及进行可靠性测试。

示例性地，该电调运行监测装置还包括模式切换开关710和pwm对外接口720，模式切换开关710分别与动态响应评估/可靠性测试电路700、pwm对外接口720连接。

示例性地，模式切换开关710提供动态响应评估和可靠性测试之间的选择和/或切换，pwm对外接口720则分别为动态响应评估、可靠性测试提供pwm控制阶跃功能、pwm控制模式。

可选地，动态响应评估和可靠性测试模块接口复用，可通过模式切换开关710切换使用模式。

在一些实施场景中，该电调运行监测装置采用有线通信方式替代无线方式，最大的优势在于可以保证数据记录的实时性。该电调运行监测装置支持最高115200波特率数据存储，有效保证数据记录的实时性。这对于评价foc电调系统的响应时间特性至关重要。通过配置时间戳模式，可以量化系统响应时间指标。

可选地，为便于评估对比不同电调模块的响应时间指标，该电调运行监测装置增加了pwm控制阶跃功能。由于目前绝大多数商品方波电调仍广泛使用pwm控制接口，为系统评价不同电调的加速和减速性能指标，这里可以建立一个统一测试标准，比如：采用pwm脉宽信号1300us–1600us–1300us。通过该pwm阶跃信号作用下，可以量化测得方波电调的加速和减速响应时间。首先需要使用转速测量装置测得pwm脉宽信号为1300us和1600us对应的电机转速信息。结合转速信息和响应时间参数作为评价foc电调的测试标准。

在一些实施场景中，对于自研电调等电机控制器产品往往需要进行大量的系统可靠性测试。暴力测试和跟踪测试是评估电调系统可靠性必备的两个实验。

针对电调系统可靠性测试中的暴力测试项。在一些实施例中，电调采用的pwm控制模式，例如，该电调运行监测装置以50hz或100hz频率发出1100us到1900us的随机pwm脉宽，进而发送至电调驱动电机跟随pwm指令运行。通过这样的随机指令测试2小时，依据该数据记录模块的转速数据信息和故障代码，可以较为完整的评估电调模块的硬件和软件可靠性。

跟踪测试则是评估电调指令跟随性能必备的实验，主要考察电调在驱动电机运行过程中，是否存在动力丢失等问题。一些实施例中，采用pwm脉宽信号1300us–保持1.0s-1600us-保持1.0s–1300us依次循环2小时。通过这样的阶跃(矩形)指令测试测试2小时，依据该数据记录模块的转速数据信息和故障代码，可以较为完整的评估电调模块的指令跟随情况。将系统可靠性问题暴露在产品研发阶段。

在一些实施方式中，数据处理芯片200采用单片机，数据存储卡采用sd卡。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的一种单片机和sd卡的连接示意图。

示例性地，图3所示为sd卡在spi总线模式下与单片机的连接图。

本申请实施例提供了一种无人机，包括图1至图3任一项的电调运行监测装置。

第三方面，本申请实施例提供了一种水下机器人，包括图1至图3任一项的电调运行监测装置。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。