[发明专利]红外线检测模型螺旋桨位置的无刷马达速度控制器

说明书

红外线检测模型螺旋桨位置的无刷马达速度控制器(以下简称为：调速器)是针对航模，车模，船模，飞碟等等遥控电动模型(以下简称为：模型)上无位置传感器直流无刷马达(以下简称为：马达)的速度控制器。

目前的航模无刷马达速度控制器的控制方式如下：在图1中接收机(1)将1000us-2000us的正脉宽“油门”值(2)送到调速器(3)的单片机(4)，单片机输出PWM(脉宽调制)(5)控制MOSFET(6)驱动马达(7)；同时马达在运转的过程中产生反向电动势(10)反馈给单片机作为马达换相时机判断的依据；电池(9)通过稳压IC(8)给单片机和接收机以及MOSFET提供电源。这个控制过程是开环的，图2可以看出调速器中单片机输出PWM信号是根据接收机输出值“油门”变化的，无刷马达速度控制器并不检测模型螺旋桨的转速，螺旋桨受负载变化(比如说风力：迎风或者逆风)、电池电压的变化(电池电量比较饱或者电量不足)等因数的影响时将会直接影响到转速，转速的变化将导致操作者手感变差，飞行时感觉“虎头蛇尾”刚开始模型表现动力很好，随着电池电压的下降明显感觉模型动力不足。

为克服目前无刷马达速度控制器不能够精确控制模型螺旋桨的转速的问题，本发明专利能够实现用红外遥控器图3(12)直接输入模型螺旋桨转速，调速器将自动控制维持这个转速。在原来无刷马达速度控制器的基础上加上红外模块图1(11)，它包括一个红外发射管(13)和一个红外接收管(12)，以及红外遥控器(14)。

具体控制方法如下：

第一、图3中马达旋转时马达齿轮(5)带动螺旋桨齿轮(6)以及螺旋桨(7)同步旋转。

调速器(2)控制红外线发送管(8)发出红外线信号(11)，只有当螺旋桨(7)经过红外线接收管(9)正上方时红外线被反射回来(11)，红外线接收管(9)收到返射回来的红外信号将其转换成电信号送给调速器(2)；根据这个原理能够准确的测试出螺旋桨转一圈的时间，即螺旋桨转速。

第二、通过对单位时间内换相次数的统计可以得知马达转速，那么：螺旋桨转速/马达转速＝传动比。传动比参数是一个常数，它只会因为改变模型而变。只需要在使用新的模型前测试一次，调速器里面的单片机将其记录在内部掉电后数据不丢失的存储器中，下次需要是直接调用就好了。

第三、假如使用者想让模型螺旋桨转速＝2000RPM(转/分钟)，通过红外遥控器(图3)(12)直接对准红外接收管(9)输入2000即可。调速器控制步骤如下：

1、在存储器中调出当前模型的传动比参数，假如：马达转12圈螺旋桨转1圈，即：传动比＝12∶1；

2、调速器通过：马达转速＝螺旋桨转速＊传动比算出螺旋桨要达到2000RPM时马达对应的转速。即：马达转速＝2000＊12＝24000RPM；

3、图1中接收机(1)将1000us-2000us的正脉宽信号调速器只用来判断马达(7)是停止还是启动，如：大于1100us马达启动，小于1100us马达停止。

4、图1中调速器(3)中的单片机(4)收到大于1100us正脉宽信号后，输出PWM(5)驱动MOSFET(6)控制马达(7)旋转；同时统计马达单位时间内的换相次数算出马达转速。若马达低于24000RPM时加大输出PWM的占空比提高马达转速；若马达转速低于24000RPM时减小输出PWM的占空比降低马达转速。就这样将马达转速恒定在24000RPM，实现恒定螺旋桨转速在2000RPM。

通过上面描述：调速器先是通过红外线检测模型螺旋桨转速和马达转速计算出模型的马达到螺旋桨之间的传动比并保存传动比参数，然后利用模型传动比参数计算模型螺旋桨转速对应的马达转速。再利用控制PWM维持这个马达转速而达到控制螺旋桨转速恒定的过程。当螺旋桨受到外部负载变化影响下或者模型电池电压变化时调速器内部的单片机能自动增加或者减少输出PWM控制马达维持在一恒定的转速。使用者能够从模型起飞到电池电量不足始终感觉动力充沛，获得良好操作手感；同时调速器也能发挥最佳的能效。

附图说明：

图1为本发明的电气功能方框图；

图2为目前调速器单片机输出PWM值与接收机输出信号值对应关系；

图3为本发明所涉及的工作系统零件图。