一种基于STM32单片机的无人机氢燃料电池控制系统及方法与流程

本发明涉及无人机，具体为一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统及方法。

背景技术：

1、在新一轮能源革命驱动下，随着全球对可持续发展和环境保护意识的增强，对清洁、高效能源系统的需求日益迫切。氢燃料电池作为零排放的能源转换装置，仅产生水和热作为副产品，是理想的环保能源解决方案。

2、近年来，氢燃料电池技术取得了显著进展，尤其是在提高能量密度、延长使用寿命、降低成本等方面。这使得氢燃料电池在无人机等移动设备上的应用成为可能，解决了传统电池续航能力有限的问题。

3、同时，stm32系列微控制器因其高性能、低功耗、丰富的外设接口以及良好的生态系统，在嵌入式系统设计中被广泛应用，特别是在无人机飞行控制领域。它能够处理复杂的传感器数据、执行精确的控制算法，并支持多种通信协议，满足无人机控制系统对实时性、稳定性和灵活性的需求。

4、为此，提出一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，包括上位机，所述上位机通过远程信号连接有对整体功能进行控制的stm32单片机，所述stm32单片机上连接有第一供氢系统、第二燃料电池系统和第三能量管理系统；

3、所述第一供氢系统包括储氢瓶和减压阀，所述减压阀与stm32单片机相连；

4、所述第二燃料电池系统包括电堆，所述电堆上连接有散热风扇和电磁阀，所述散热风扇和电磁阀与stm32单片机相连；

5、所述第三能量管理系统包括锂电池，所述锂电池上连接有大功率dc-dc电源模块，所述大功率dc-dc电源模块与stm32单片机相连。

6、优选的：所述stm32单片机上包括mt30航模连接器、j30j-15芯矩形连接器和14-pin中间连接器连接；

7、所述mt30航模连接器与减压阀相连，所述j30j-15芯矩形连接器与散热风扇和电磁阀相连，所述14-pin中间连接器连接与大功率dc-dc电源模块相连。

8、优选的：所述stm32单片机上还连接有通讯接口、盒内温度检测模块和盒内湿度检测模块，所述通讯接口采用rs485协议进行数据的传输。

9、优选的：所述盒内温度检测模块通过k型热电偶模块max6675对温度进行采样。

10、优选的：所述盒内湿度检测模块通过湿度传感器对湿度进行监测。

11、优选的：所述stm32单片机的芯片型号为stm32f103ret6。

12、优选的：所述stm32单片机通过foc算法并根据当前温度对散热风扇进行定量控制。

13、采用上述任意一项所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统的控制方法，包括以下步骤：

14、s1、系统初始化：依次执行stm32单片机启动、通信接口配置、传感器和执行器初始化，并进行系统自检；

15、s2、随后启动氢燃料电池，准备供电；

16、s3、通过传感器采集各项数据，随后对采集的数据预处理，将采集到的数据进行滤波、校准；

17、s4、控制算法执行，根据预处理后的数据，执行控制算法，利用foc算法和pid控制进行操作；

18、s5、执行机构控制，控制电机、阀门执行机构，调节氢气供应；

19、s6、在运行工作时，对系统状态监控，实时对电池状态、无人机飞行状态进行监控；

20、s7、检测到异常情况后，执行相应的处理措施；

21、s8、用户交互，c#算法写的上位机，提供用户界面，允许用户设置参数，查看系统状态等；

22、s9、数据记录与分析，记录操作数据，进行数据分析以优化系统性能excel；

23、s10、系统关闭，安全关闭系统，关闭氢燃料电池，执行安全检查。

24、优选的：在所述步骤s3中，采集数据包括氢气瓶的压力、电堆的散热风扇和电磁阀控制数据的采集，控制数据包括温度、压力和流量。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：以stm32f103ret6芯片作为核心控制单元，负责整个系统的控制和数据处理。通过集成max6675热电偶模块对燃料电池温度进行实时采样，利用foc算法(矢量控制算法)对12v风扇进行精确调节，以保持燃料电池在最佳工作温度范围内。

26、同时，通过电磁阀定期排水以调节湿度，防止水淹对燃料电池性能造成影响，控制器通过rs485协议实现与外部设备的稳定通讯，确保数据传输的稳定性。

技术特征：

1.一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，包括上位机，其特征在于：所述上位机通过远程信号连接有对整体功能进行控制的stm32单片机，所述stm32单片机上连接有第一供氢系统、第二燃料电池系统和第三能量管理系统；

2.根据权利要求1所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，其特征在于：所述stm32单片机上包括mt30航模连接器、j30j-15芯矩形连接器和14-pin中间连接器连接；

3.根据权利要求1所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，其特征在于：所述stm32单片机上还连接有通讯接口、盒内温度检测模块和盒内湿度检测模块，所述通讯接口采用rs485协议进行数据的传输。

4.根据权利要求3所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，其特征在于：所述盒内温度检测模块通过k型热电偶模块max6675对温度进行采样。

5.根据权利要求3所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，其特征在于：所述盒内湿度检测模块通过湿度传感器对湿度进行监测。

6.根据权利要求1所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，其特征在于：所述stm32单片机的芯片型号为stm32f103ret6。

7.根据权利要求1所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统，其特征在于：所述stm32单片机通过foc算法并根据当前温度对散热风扇进行定量控制。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种基于stm32单片机的无人机氢燃料电池控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤s3中，采集数据包括氢气瓶的压力、电堆的散热风扇和电磁阀控制数据的采集，控制数据包括温度、压力和流量。

技术总结本发明公开了一种基于STM32单片机的无人机氢燃料电池控制系统及方法，包括上位机，所述上位机通过远程信号连接有对整体功能进行控制的STM32单片机，所述STM32单片机上连接有第一供氢系统、第二燃料电池系统和第三能量管理系统；以STM32F103RET6芯片作为核心控制单元，负责整个系统的控制和数据处理。通过集成MAX6675热电偶模块对燃料电池温度进行实时采样，利用FOC算法(矢量控制算法)对12V风扇进行精确调节，以保持燃料电池在最佳工作温度范围内。同时，通过电磁阀定期排水以调节湿度，防止水淹对燃料电池性能造成影响，控制器通过RS485协议实现与外部设备的稳定通讯，确保数据传输的稳定性。技术研发人员：夏中峰,郭振,冯海,梁汉璞,韩留圆,石文荣受保护的技术使用者：江苏云睿汽车电器系统有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/21