一种新型运动控制嵌入式驱动电路及系统的制作方法

一种新型运动控制嵌入式驱动电路及系统
【技术领域】
1.本实用新型涉及移动控制技术领域，尤其涉及一种新型运动控制嵌入式驱动电路及系统。


背景技术：

2.目前移动机器人驱动电路板的功能，往往只有单一供电电路，没有信号采集电路。信号采集电路经常会受到供电电路电流产生的磁干扰而造成信号失真。对于室内四轮系小型底盘的小车而言，当小车的底盘要求缩小到一定尺寸时，如果要保证符合智能小车的结构空间，受到移动机器人小车整体尺寸、电机尺寸、电池、控制板等安装空间的限制，电路板的整体设计会出现瓶颈，留给电路板的空间就非常狭小，在有限的空间内根本无法满足扩展电路、控制电路和驱动电路同时在一张电路板上。如何设计出符合小车结构紧凑的布局，保证小车车身和电路板的完美结合在尽可能小的控制仓位机器人就显得迫切而重要。
3.因此，有必要研究一种新型运动控制嵌入式驱动电路及系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种新型运动控制嵌入式驱动电路及系统，能够实现主控电路和待控制设备之间的转接，实现在有限空间内信号采集、信号发送和大电流供电相融合。
5.一方面，本实用新型提供一种新型运动控制嵌入式驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括供电电路、超声波采集电路、信号采集电路、串口电路、舵机电路、陀螺仪模块电路、遥控信号电路、电机脉冲读数电路和电机驱动模块电路；所述供电电路分别与其他各电路连接；
6.所述超声波采集电路、所述信号采集电路、所述串口电路、所述舵机电路、所述陀螺仪模块电路、所述遥控信号电路、所述电机脉冲读数电路和电机驱动模块电路分别与外部主控芯片连接。
7.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述供电电路包括用于将dc12v转换为dc5v的电压转换芯片u3；所述电压转换芯片的正输入端与dc12v电源连接，负输入端接地；所述dc12v电源连接拨动开关；
8.所述电压转换芯片的正输入端串联两个电阻后接地，近地端电阻处并联有滤波电容；两个电阻的连接点与所述主控芯片连接；
9.所述电压转换芯片的正、负输出端之间并联若干电容。
10.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电压转换芯片的型号为mp1584en。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述超声波采集电路包括若干超声波采集支路；每个支路均包含发送、接收和正负电源信号共四路信
号；
12.所述发送和所述接收信号均一端与外部待采集设备连接，另一端与所述主控芯片连接；
13.所述正负电源信号分别与dc 5v电源、地连接。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述信号采集电路包括7路采集信号以及电源信号；所述采集信号的一端均与所述主控芯片连接，另一端均与待采集外部设备连接；所述电源信号的正极与dc 5v电源连接，负极与地连接。
15.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述舵机电路包括两路舵机支路，每路所述舵机支路均包括正负电源信号和脉冲信号，脉冲信号的一端与所述主控芯片连接，另一端与待控制舵机连接；正负电源信号分别与dc 5v电源、地连接。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述串口电路包括两路支路，每路支路均包括tx发送、rx接收、vcc和 gnd四路信号；其中，所述vcc和所述gnd分别接dc5v电源和地；所述tx 发送和所述rx接收均一端与所述主控芯片连接，另一端与外接设备连接。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述陀螺仪模块电路包括正负电源信号和scl信号、sda信号；其中，正负电源信号分别连接dc3.3v电源和地，scl信号和sda信号均一端与所述主控芯片连接；另一端与待控制陀螺仪连接。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电机脉冲读数电路包括两路结构相同的支路；每个支路包正负电源信号、mo 信号、m0-信号、ena信号和enb信号；正负电源信号分别连接dc5v 电源和地；mo 信号和m0-信号均一端与所述电机驱动模块电路连接，另一端与待控制直流有刷电机连接；ena信号和enb信号均一端与所述主控芯片连接，另一端与待读取脉冲数的电机连接。
19.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电机驱动模块电路包括两路结构相同的电机驱动支路；每路支路均包括电机驱动芯片；所述电机驱动芯片的输入端与所述主控芯片连接，输出端通过所述电机脉冲读数电路与待驱动电机连接；
20.所述电机驱动芯片的型号为a4950，所述电机驱动芯片的lss端连接下拉电阻后接地，vref端接dc5v，vbb端接dc12v。
21.另一方面，本发明提供一种新型运动控制嵌入式驱动电路板，所述电路板中集成如上任一所述的驱动电路；
22.所述驱动电路板大小在80cm2以内，布线线宽为1mm以内。
23.再一方面，本实用新型提供一种移动机器人控制系统，其特征在于，所述控制系统包括核心控制电路板、转接驱动电路板和待监管设备；所述转接驱动电路板上集成如上任一所述的驱动电路；
24.所述核心控制电路板与通过所述转接驱动电路板与所述待监管设备连接。
25.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述待监管设备包括但不限于四组超声波采集设备、四组舵机设备和双电机设备。
26.与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：能够实现主控电路和
待控制设备之间的转接，实现在有限空间内信号采集、信号发送和大电流供电相融合；
27.本技术以双电机驱动控制电路为基准，独立供电，电机可信号调速，两电机独立控制，结构合理、安装方便；带有遥控器信号接收电路，使用可靠不影响其他采集信号电路的信道传输；电机控制电路为a4950双路电机驱动模块，性能远超tb6612，陀螺仪模块增加了车身控制的稳定性，其他扩展模块也做了有效的信道处理。
28.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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。
30.图1是本实用新型一个实施例提供的智能轮式机器人转接的电路连接图；
31.图2是本实用新型一个实施例提供的独立供电电路原理图；
32.图3是本实用新型一个实施例提供的超声波采集电路原理图；
33.图4是本实用新型一个实施例提供的信号采集电路原理图；
34.图5是本实用新型一个实施例提供的舵机电路原理图；
35.图6是本实用新型一个实施例提供的串口电路原理图；
36.图7是本实用新型一个实施例提供的遥控信号电路原理图；
37.图8是本实用新型一个实施例提供的陀螺仪模块电路原理图；
38.图9是本实用新型一个实施例提供的电机脉冲读数电路原理图；
39.图10是本实用新型一个实施例提供的主控芯片转接电路原理图；
40.图11是本实用新型一个实施例提供的电机驱动模块电路原理图；
41.图12是本实用新型一个实施例提供的蜂鸣器电路原理图。
【具体实施方式】
42.为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
43.应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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。
44.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
45.针对现有技术中存在的技术缺陷或者不足，本实用新型提供一种在有限空间内的信号采集、信号发射和大电流供电相融合的集成电路板。
46.该双电机控制电路转接电路板，包括刚好符合10cm*8cm的机舱空间，独立供电电路、超声波采集电路、信号采集电路、串口电路、舵机电路、陀螺仪模块、遥控信号电路、电机
脉冲读数电路、主控芯片转接电路和电机驱动模块几个部分。
47.下面对各个电路的具体结构进行说明：
48.1、独立供电电路
49.独立供电电路原理图如图2所示。独立供电电路通过电容电阻的串并联，通过开关键，完成独立稳定的给电路板进行供电。独立供电电路采用电压转换芯片u3来实现12v直流电压到5v直流电压的转换。电压转换芯片u3的型号为mp1584en。电压转换芯片u3的in 端一方面连接 dc12v电源，另一方面串联电阻r2和电阻r1后接地，电阻r1处并联有电容c1。电阻r2和电阻r1的连接点与主控芯片连接。12v直流电源与拨动开关s1连接，通过拨动开关s1实现本技术驱动电路板的通断。电压转换芯片u3的in-端和out-端均接地。out 端与out-端并接若干滤波电容，本技术选择并联四个滤波电容，即图2中的电容c4、c5、c6 和c8，四个电容等容值，且容值标定均为“104”。
50.2、超声波采集电路
51.超声波采集电路原理图如图3所示。超声波采集电路包括四路超声波采集电路，来采集超声波的实时数据，电路中包含正5v、接地、发送、接收等四路引脚。四路超声波采集电路结构相同，其发送和接收均与主控芯片连接，以实现采集信号与主控芯片之间的数据传输。四路超声波采集电路均包括四pin的连接端子，用于与外部待采集设备连接。
52.3、信号采集电路
53.信号采集电路原理图如图4所示。信号采集电路可以进行5v供电和数字i/o口的使用。信号采集电路为9pin或10pin的连接端子，该连接端子中有7pin与主控芯片连接，实现采集端与主控芯片的之间的数据传输和控制。另外两端或三端为一个gnd端、一个或两个5v电源端，用于实现采集端的供电。与主控芯片连接的7路信号主要是遥控器信号和imu信号，实现遥控功能和imu偏航角信号的接收。
54.4、舵机电路
55.舵机电路原理图如图5所示。舵机电路为两路，每路均包括三个引脚，分别为供电、接地和信号脉冲引脚，信号脉冲引脚与主控芯片连接，通过信号脉冲引脚输出方波，来完成舵机转向的控制。方波信号占空比越大舵机转角就越大，反之方波占空比越小，舵机转角就越小。
56.5、串口电路
57.串口电路原理图如图6所示。串口电路为两路，每路均包括四个引脚，分别为tx发送数据、rx接收数据、vcc和gnd。vcc和gnd分别供电、接地；tx发送数据和rx接收数据完成串口数据通信，传递状态量和命令字。
58.6、遥控信号电路
59.遥控信号电路原理图如图7所示。遥控信号电路用来完成与ps2游戏手柄的接收器的硬件连接。遥控信号电路包括连接端子p4，其采用 3.3v电压驱动，并有4pin通信端与主控芯片连接，用于接收和发送数据，实现遥控信号的传递。
60.7、陀螺仪模块电路
61.陀螺仪模块电路原理图如图8所示。陀螺仪模块电路包括4pin连接端子j8。其中，由3v3端和gnd端两个引脚完成供电，scl和sda分别与主控芯片连接，用于通过scl和sda两个引脚来完成陀螺仪传来的航向角信息的传输。
62.8、电机脉冲读数电路
63.电机脉冲读数电路原理图如图9所示，包括两路结构相同的支路。每个支路由v5端和gnd端来完成供电。mo 和m0-来完成直流有刷电机的正反向控制，与电机驱动模块电路的输出信号连接。ena和enb来完成电机传来脉冲编码数的读取。
64.9、主控芯片转接电路
65.主控芯片转接电路原理图如10所示。j3和j4为芯片接口连接器，本技术驱动电路可以自行提供5伏电源，该主控小牛皮转接电路从主控电路中引入3.3伏电源，使得本技术驱动电路具有三电源供电12伏、5 伏和3.3伏。j3和j4均为双排母座孔，适应于不同类型的芯片电路连接。
66.10、电机驱动模块电路
67.电机驱动模块电路原理图如图11所示。其为两个六针电机控制电路，可以输出大电流，电机控制电路采用a4950来完成电机的驱动，性能远超tb6612，属于直流有刷电机驱动。电机驱动电路包括r3，r4， u1和u2四个主要元件，并通过j1和j2与外部待控制电机连接。r3和 r4采用r250高电流电阻，第一电机驱动芯片u1和第二电机驱动芯片 u2型号为a4950的电机驱动芯片，每个芯片输入输出为8引脚，同时供电电压为直流12伏，j1和j2是单排六针电机接口。电机驱动芯片的 in1和in2端与外部主控芯片连接，接收主控芯片的控制信号；lss端连接下拉电阻后接地；vref接dc5v，vbb接dc12v；输出端out1和out2 通过电解接口j1或j2与电机连接。
68.11、蜂鸣器电路
69.蜂鸣器电路如图12所示。蜂鸣器电路包括三极管q1和蜂鸣器b1，这两个器件组成了以3.3伏为供电的蜂鸣器电路。三极管q1的基极与主控芯片连接，接收主控芯片的控制信号。蜂鸣器在超过电压3.3v就会超压预警。
70.该电路板为直接供电电路板，从智能小车锂电池供电端直接接线供电给该电路板。核心板通讯部分(即主控芯片转接电路)采用双边60 针接口，有效的适配多种控制电路板。电机供电及其信号采集接收采用集成式分布在电路板的两侧，方便双电机的接线。该电路板含有三个独立串口扩展电路，两个为母端串口，一个为公端串口。电路板设有usb 通信串口元件，直流12伏输入供电。
71.本技术主要是将多个功能电路进行集成，将电路板面积和空间缩小。电路板大小为10cm*8cm，安装孔距8cm，安装孔直径3mm，布线线宽为 1mm。
72.60针输出到核心控制板(即主控芯片)，具有四组超声波采集端，通过与本技术驱动板连接实现对控制端设备的超声波采集。每组超声波采集端子分别有直流供电端和两个信号采集端。直流电压转换模块，直流转直流。核心控制板中的usb通信独立串口元件采用ch340g，负责控制激光雷达和视觉识别两个模块的通讯，直流12伏输入供电。两个舵机电路，每个舵机电路分为两针直流电压供电端和一个信号发射端，舵机电路分布在电路板的两个角落，更好的配合双电机并排放置的底盘结构，包括车身、前轮转向组件和后轮驱动组件。一个拨动开关负责接通或关断整张电路板。遥控器信号接收电路，可以适配多种遥控手柄。j8 为陀螺仪模块四针接口，该模块分为两孔供电和两孔信号采集即 sda,scl端，并且该电路板为陀螺仪提供独立的3.3伏电源供电外加电容保护电路。电路含有一个拨动开关，负责开通和关断12伏供电系统，也是整个电路的总开关。j11、j12、j13和j14都是单排四针
超声波传感器接口，供电电源为5伏独立供电。j16为usb串口通讯电路，供电电源为5伏非独立供电。j15为gps串口外接模块。其中c1,c3,c4,c9 和c16为0805型104电容。c2和c14为铝皮100uf大电容。电路图中 p4是单排九针遥控模块，主要负责遥控手柄的接受和发射，遥控信号接收器的供电电压为直流3.3伏。电路里增加了u3模块，该模块为 mp1584en降压芯片，输入电压范围为4.5伏至28伏，输出电压范围为 0.8伏至25伏。在该电路里充当12伏转5伏的降压电路核心。j5、j6、 j7、j9、j10和j17均为单排254直针可扩展单元。
73.供电电源分为三种直流电压，分别为12伏、5伏和3.3伏三种供电电路。其中12伏为电池电源供电，主要为电机提供电力，5伏为各信号的发射和接收提供一个高电平标准，3.3伏为陀螺仪芯片等供电的同时提供一个高电平标准。该电路板留有四个螺丝安装孔位，为垫片安装留有空间，有效减少车身震动对电路板的影响。
74.本实用新型的有益效果包括：
75.1、本技术以双电机驱动控制电路为基准，独立供电，电机可信号调速，两电机独立控制，布线美观可靠、结构合理、安装方便；
76.2、本技术带有遥控器信号接收电路，可以适配多种遥控手柄，安装方便，使用可靠不影响其他采集信号电路的信道传输。
77.3、本技术的电机控制电路包括a4950双路电机驱动模块，性能远超tb6612，陀螺仪模块增加了车身控制的稳定性，其他扩展模块也做了有效的信道处理。
78.以上对本技术实施例所提供的一种新型运动控制嵌入式驱动电路及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
79.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
80.还需要说明的是，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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。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商品或者系统中还存在另外的相同要素。
81.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
82.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、
修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。