無人機自動續航裝置設計與制作

馮現政 王波

摘要：無人機是當前應用比較廣泛的一種設備，廣泛應用于空中攝影、軍事等領域，但是無人機在實際應用中受到的時間限制和距離限制，因此無人機續航是擺在面前的一個嚴峻的問題。本文提出了一種模擬的無人機續航裝置，通過太陽能板自動跟蹤采集太陽光線，提高太陽能板吸收效率，并通過太陽能板給無人機系統供電。本方案選用STC89C51單片機作為智能單元，根據單片機的特點和所需實現的功能，著重完成了單片機外圍硬件電路設計和對應的軟件設計。

關鍵詞：無人機;續航;太陽能

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）27-0227-02

目前，隨著科技的高速發展，高科技產品已經頻繁地出現在人們的視野里，無人機的應用也變得越來越廣泛，軍事偵察、交通監察、農業噴灑農藥、森林火災預警等領域均出現無人機的身影。但是在無人機飛行中電量有限，不能實現遠距離飛行，所以一要定期的更換電池，增加了許多的工作量，同時工作效率不是很高。盡管現在已經有用于無人機的電池更換裝置，但仍然存在著一些問題。本文提出一種無人機續航裝置模型并通過單片機實現。

1系統總體設計方案

本設計采用的具體方案是陽光照在光敏電阻上，通過光電轉換變成電壓值，輸入AD轉換電路，進行DA轉換，然后進行AD電壓采樣，輸入控制核心單片機，經處理后最后經過驅動芯片從而控制步進電機的正反轉，使太陽能板始終與太陽光線垂直，系統框圖如下。

2 硬件電路設計

2.1 單片機控制電路

STC89C51單片機是最早期也最典型的產品，STC89C51單片機學習板是一款基于8位單片機處理芯片STC89C52RC的系統。該類型單片機能實現基本的電機控制，AD轉換等功能，滿足本方案要求。

2.2 顯示電路設計

本方案采用Lcd1602進行信息的簡單顯示，主要顯示4個光敏電阻的光強值。

2.3 光電轉換電路設計

光電轉換裝置接收太陽光，將光信號轉換成電信號，根據所采集到的信號，由單片機分析得最終控制的步進電動旋轉與轉向來達到太陽能板，結果始終是垂直于入射光線，從而達到利用太陽能的最高效率。光電轉換電路如圖2所示。

2.4 AD轉換模塊電路設計

由光電轉換電路所得到的信號為模擬信號，所以采用AD轉換器，將模擬信號轉換為數字信號，然后通過單片機進行處理。PCF8591 為單一電源供電（2.5 ～6 V）典型值為 5 V，CMOS 工藝 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 輸入，屬逐次比較型，內含采樣保持電路，采用I2C總線與單片機通信，AD轉換電路圖如下。

2.5 電機驅動電路

本方案通過2個步進電機來控制太陽能板的上下左右旋轉，保證太陽能板始終與太陽光線垂直。步進電機采用的是四相步進電機，四相步進電動機是將電信號轉變成角位移或線位移的開關控制元件，其轉速、停止位置只與脈沖信號的頻率和脈沖數有關，具有誤差小，易控制等特點，廣泛用于儀器設計，本方案采用的是28BYJ48型步進電機，采用ULN2003驅動。

2.6 單片機外圍電路設計

（1）電源電路設計

本系統的電源由可充電電池提供，同時太陽能板的另一端接入電源VCC，實現對可充電電池的充電。

（2）按鍵電路

如圖5所示，其中S1是手動和自動模式之間的切換，默認為自動模式，S2，S3，S4，S5是手動模式下，利用手動按鍵來控制步進電機的正反轉。

（3）指示燈電路

系統默認為自動模式，接通電源后LED1亮，當按下S1按鍵時，切換成手動模式，LED2亮。

3 軟件設計

本部分以單片機為核心部件將各個電路模塊都連接起來，使我們更清楚設計本意?？稍O上下左右四個方向的光敏電阻的電壓值分別為U1、U2、U3、U4，設精度為10。

單片機在上電后首先會對各個模塊進行初始化，將系統顯示設置為手動模式，然后檢測U1、U2、U3、U4 四個光敏電阻的值，根據讀入的數據來調整太陽能板的方向，同時將對應的光強顯示在Lcd1602上。

4 小結

本設計從硬件和軟件兩方面介紹了無人機續航裝置的制作。硬件上解決了太陽能板與單片機系統的連接，軟件方面解決了如何通過讀取光強值來調節太陽能板方向的功能，本設計只是一個基本模型，還有很多的不足和需要改進的地方，將在以后的工作中進行改進。

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【通聯編輯：光文玲】