一种改进型限位控制电路的水炮控制器的制作方法

本实用新型涉及消防机器人技术领域，具体为一种改进型限位控制电路的水炮控制器。

背景技术：

随着社会经济的发展，各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。消防机器人能代替消防救援人员进入浓烟、易燃易爆、有毒、缺氧等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，大大降低了消防员的人员伤亡。消防水炮作为智能消防机器人的重要一部分，是远距离扑救火灾的重要设备，将直接影响智能消防机器人的整体使用性能。市面上已有的消防机器人水炮控制器多采用绝对值编码器实时采集水炮自摆的角度值，根据角度值，调整电机旋转方向。如果采集的绝对值编码器数据有误或者软件程序跑飞，易造成电机堵转，进而损坏电机和其他部件。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是如何提供一种改进型限位控制电路的水炮控制器，将水炮水平旋转、垂直俯仰和直流雾化功能、电机电流采样功能、水压检测功能、温度检测功能、火源识别功能和自喷淋功能集成于一体，实现了模块化设计，适用于不同的机器人底盘，便于系统的可移植性。同时对水平旋转和俯仰电机h桥驱动控制电路进行改进，在电路中加入了限位开关控制，实现了软硬件双重保护，避免了软件控制的延时性和鲁棒性，提高了系统的实时性和安全性，即使程序跑飞也能防止转动过度，有效保护电机和其他组件。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种改进型限位控制电路的水炮控制器，结构包括总控制器部分(1)通过连接线分别与供电单元(2)、can通讯单元(3)、信息采集单元(4)、执行机构(5)、驱动系统部分(6)连接，其中，can通讯单元(3)与上级总控制器部分(1)通过can通讯方式通讯连接；信息采集单元(4)通过连接线分别与温度传感器(7)、压力传感器(8)、火源探测器(9)、霍尔电流传感器(10)分别连接；所述执行机构(5)包括安装在水炮上的电磁阀(11)和报警灯(12)，驱动系统部分(6)包括水平旋转电机和绝对值编码器部分(13)、垂直俯仰电机和绝对值编码器部分(14)以及直流雾化电机(15)三部分组成。

作为优选，水平旋转电机和绝对值编码器部分(13)是指绝对值编码器安装在水平旋转电机尾部输出轴上，垂直俯仰电机和绝对值编码器部分(14)是指绝对值编码器安装在垂直旋转电机尾部输出轴上。

进一步所述，水平旋转电机和垂直俯仰电机采用限位控制电路；限位控制电路结构包括h桥驱动电路、隔离光耦、常闭限位开关和单片机组成，h桥驱动电路由两个p沟道场效应管和两个n沟道场效应管组成，两个p沟道场效应管包括p沟道场效应管q1和p沟道场效应管q2，两个n沟道场效应管包括n沟道场效应管q3和n沟道场效应管q4；常闭限位开关包括常闭限位开关一和常闭限位开关二，隔离光耦包括隔离光耦u1和隔离光耦u2；常闭限位开关串联在隔离光耦输入端。

进一步所述，h桥驱动电路上桥臂隔离光耦输入侧通过接插件j2和j3接入两个常闭限位开关。

作为优选，所述常闭限位开关一通过接插件j2串联在p沟道场效应管q1栅极控制端的隔离光耦u1输入侧。

作为优选，所述常闭限位开关二通过接插件j3串联在p沟道场效应管q2栅极控制端的隔离光耦u2输入侧。

作为优选，所述单片机输出io口mcu_out1控制p沟道场效应管q1的通断。

作为优选，所述单片机输出io口mcu_out2控制p沟道场效应管q2的通断。

作为优选，所述单片机输出io口mcu_out3控制n沟道场效应管q3的通断。

作为优选，所述单片机输出io口mcu_out4控制n沟道场效应管q4的通断。

本实用新型能够有效解决现有技术存在的问题,本实用新型将智能消防机器人水炮相关功能集成于一体，通过集成化和模块化设计，可移植性高，适用于不同机器人底盘。同时本实用新型通过对电机驱动电路进行改进，将限位开关串联在光耦输入端，在检测到电机运行到设定极限位置的同时，实现硬件断电，相比于单纯依靠绝对值编码器来获取水炮位置来说，软硬件双重保护，提高了实效性和安全性，防止软件失效而造成电机堵转。是对现有技术一次扩展性的技术创新，具有很好的推广和使用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：

图1是本实用新型具体实施例水炮控制器结构示意图；

图2是本实用新型水炮控制器电路连接关系示意图；

1-总控制器部分；2-供电单元；3-can通讯单元；4-信息采集单元；5-执行机构；6-驱动系统部分；7-温度传感器；8-压力传感器；9-火源探测器；10-霍尔电流传感器；11-电磁阀；12-报警灯；13-水平旋转电机和绝对值编码器部分；14-垂直俯仰电机和绝对值编码器部分；15-直流雾化电机。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2所示，在本实用新型的具体实施例1中一种改进型限位控制电路的水炮控制器，结构包括总控制器部分1通过连接线分别与供电单元2、can通讯单元3、信息采集单元4、执行机构5、驱动系统部分6连接，其中，can通讯单元3与上级总控制器部分1通过can通讯方式通讯连接；信息采集单元4通过连接线分别与温度传感器7、压力传感器8、火源探测器9、霍尔电流传感器10分别连接；所述执行机构5包括安装在水炮上的电磁阀11和报警灯12，驱动系统部分6包括水平旋转电机和绝对值编码器部分13、垂直俯仰电机和绝对值编码器部分14以及直流雾化电机15三部分组成。

具体实施过程中，水平旋转电机和绝对值编码器部分13是指绝对值编码器安装在水平旋转电机尾部输出轴上，垂直俯仰电机和绝对值编码器部分14是指绝对值编码器安装在垂直旋转电机尾部输出轴上。

具体实施过程中，水平旋转电机和垂直俯仰电机采用限位控制电路；限位控制电路结构包括h桥驱动电路、隔离光耦、常闭限位开关和单片机组成，h桥驱动电路由两个p沟道场效应管和两个n沟道场效应管组成，两个p沟道场效应管包括p沟道场效应管q1和p沟道场效应管q2，两个n沟道场效应管包括n沟道场效应管q3和n沟道场效应管q4；常闭限位开关包括常闭限位开关一和常闭限位开关二，隔离光耦包括隔离光耦u1和隔离光耦u2；常闭限位开关串联在隔离光耦输入端。

具体实施过程中，h桥驱动电路上桥臂隔离光耦输入侧通过接插件j2和j3接入两个常闭限位开关。

具体实施过程中，常闭限位开关一通过接插件j2串联在p沟道场效应管q1栅极控制端的隔离光耦u1输入侧。

具体实施过程中，常闭限位开关二通过接插件j3串联在p沟道场效应管q2栅极控制端的隔离光耦u2输入侧。

具体实施过程中，单片机输出io口mcu_out1控制p沟道场效应管q1的通断。

具体实施过程中，单片机输出io口mcu_out2控制p沟道场效应管q2的通断。

具体实施过程中，单片机输出io口mcu_out3控制n沟道场效应管q3的通断。

具体实施过程中，单片机输出io口mcu_out4控制n沟道场效应管q4的通断。

在本实用新型的具体实施例2中一种改进型限位控制电路的水炮控制器，结构包括，附图1是本实用新型水炮总控制器部分1的结构框图。包括：供电单元2，给不同的外设提供所需的电源，保障外设稳定可靠运行。

can通讯单元3，采用了应用广泛的can通讯方式与上级控制器通信，可移植性高，实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低。

信息采集单元4包括温度传感器7、压力传感器8、火源探测器9和霍尔电流传感器10。温度传感器7可以实时监测环境温度和炮体温度；压力传感器8可以实时监测水压大小；火源探测器9跟随水炮摆动监测火源位置和火源大小；霍尔电流传感器10实时监测三路电机运行的电流，一旦电机发生堵转，电流数据异常，立即控制电机停止运动。

执行机构5包括电磁阀11和报警灯12。当温度传感器7监测到机器人温度过高，可以控制水炮打开自喷淋电磁阀11，给系统降温。当火源探测器9跟随水炮运动监测到有火源，可以开启报警灯12进行警示。

驱动系统部分6包括水平旋转电机和绝对值编码器13，垂直俯仰电机和绝对值编码器14，直流雾化电机15。绝对值编码器安装在水平旋转电机和垂直旋转电机尾部输出轴上，电机旋转带动绝对值编码器一起旋转，绝对值编码器的角度值实时变化。当水炮运动到设定位置，绝对值编码器反馈的角度值到达设定值，h桥驱动电路改变电机旋转方向，实现水炮自摆。本实用新型在此常规水炮自摆控制方法基础上，对水平和俯仰电机的h桥驱动电路进行改进，加入了限位控制硬件保护电路。

具体说明如下：

h桥驱动电路由两个p沟道场效应管(q1和q2)和两个n沟道场效应管(q3和q4)组成，主要实现直流电机的正反转。两个常闭限位开关安装在旋转轴的左侧和右侧(或上侧和下侧)，电机运行到左边(上边)设定位置则触发左边(上边)的常闭限位开关断开，电机运行到右边(下边)设定位置则触发右边(下边)的常闭限位开关断开。常闭限位开关1通过接插件j2串联在p沟道场效应管q1栅极控制端的隔离光耦u1输入侧，常闭限位开关2通过接插件j3串联在p沟道场效应管q2栅极控制端的隔离光耦u2输入侧。单片机输出io口mcu_out1控制p沟道场效应管q1的通断，单片机输出io口mcu_out2控制p沟道场效应管q2的通断，单片机输出io口mcu_out3控制n沟道场效应管q3的通断，单片机输出io口mcu_out4控制n沟道场效应管q4的通断。单片机输入io口mcu_in1和mcu_in2电机正常运行时为低电平，当电机运行到设定位置触发常闭限位开关断开，mcu_in1和mcu_in2由低电平变为高电平，下一步h桥驱动电路改变电机运动方向继续运行。

改进型水炮限位控制电路具体工作流程如下：

水炮向左(向上)摆动：mcu_out1为低电平，常闭限位开关1闭合状态，隔离光耦u1导通，p沟道场效应管q1导通，同时mcu_out4为高电平，隔离光耦u4输出侧关断，n沟道场效应管q4导通，电机正常工作，此时单片机输入信号mcu_in1为低电平，当电机运动到设定位置，限位开关1断开，因为限位开关1串联在隔离光耦u1输入侧，隔离光耦u1输入侧断开导致u1输出侧关断，从而p沟道场效应管q1截止，电机立刻停止运动，此时单片机输入信号mcu_in1由低电平变为高电平，表明电机已向左(向上)运行到设定位置。下一步执行电机换向动作。

电机向右(向下)摆动：mcu_out2为低电平，常闭限位开关2闭合状态，隔离光耦u2导通，p沟道场效应管q2导通，同时mcu_out3为高电平，隔离光耦u3输出侧关断，n沟道场效应管q3导通，电机反向运行。此时单片机输入信号mcu_in1为低电平，电机反向运行到设定位置，限位开关2断开，因为限位开关2串联在隔离光耦u2输入侧，隔离光耦u2输入侧断开导致u2输出侧关断，从而p沟道场效应管q2截止，电机立刻停止运动。单片机输入信号mcu_in2由低电平变为高电平，表明电机已向右(向下)运行到设定位置。下一步执行电机换向动作。

本实用新型将智能消防机器人水炮相关功能集成于一体，集成化和模块化设计，可移植性高，适用于不同机器人底盘。同时本实用新型通过对电机驱动电路进行改进设计，增加了限位控制开关，电机运行到设定位置触碰到安装在电机旋转轴上的限位开关，常闭限位开关断开，因为常闭限位开关串联在隔离光耦输入侧，隔离光耦输出侧关断，h桥驱动电路上桥臂p沟道场效应管断开，电机停止运动，从而实现硬件断电，相比较于单纯依靠绝对值编码器来获取水炮角度，靠软件断电来说，实现了软硬件双重保护，提高了实效性和安全性，即使程序跑飞也能防止转动过度，有效保护电机和其他组件。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。