新型機(jī)器人通用主控板的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種新型機(jī)器人通用主控板，包括主控單元；與主控單元信號輸出一端連接的IO輸出單元；與主控單元雙向連接的通訊單元和總線單元；以及信號輸出一端連接主控單元的電源單元、防撞條輸入單元、障礙物檢測單元、電池電壓檢測單元、IO輸入單元、模擬信號輸入單元。本實(shí)用新型接口豐富，預(yù)留了很多接口，且易擴(kuò)展接口，實(shí)用性強(qiáng)，同時信息處理能力強(qiáng)，速度快，接口簡單，生產(chǎn)成本低。
【專利說明】
新型機(jī)器人通用主控板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及主控板領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型機(jī)器人通用主控板。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人、工業(yè)5.0、中國制造2025的蓬勃發(fā)展，對通用主控的性能、豐富的接口等要求日益迫切，然而市場上通用主控板很少見，切性能比較弱，也不開源，已經(jīng)無法適應(yīng)市場的發(fā)展。
[0003]目前國內(nèi)的主控板普遍采用微處理器為ATMEGA1280或STM32F103，性能比較弱，處理速度慢，微處理器主頻低，計算能力差，程序存儲空間少，已無法滿足市場的需求，且接口極少，不易擴(kuò)展，實(shí)用性差。已經(jīng)不能滿足市場上服務(wù)機(jī)器人和工業(yè)AGV的功能需求。
[0004]ATMEGA1280:主頻16M，程序存儲空間128KB，不帶數(shù)字信號處理功能，接口少，各項(xiàng)性能很弱。
[0005]STM32F103:主頻72M，程序最大存儲空間512KB，不帶數(shù)字信號處理功能，接口少，
性能一般。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種處理速度快、接口豐富、實(shí)用性強(qiáng)的新型機(jī)器人通用主控板。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:包括主控單元；
[0008]與主控單元信號輸出一端連接的1輸出單元；
[0009]與主控單元雙向連接的通訊單元和總線單元；
[0010]以及信號輸出一端連接主控單元的電源單元、防撞條輸入單元、障礙物檢測單元、電池電壓檢測單元、1輸入單元、模擬信號輸入單元。
[0011]本實(shí)用新型設(shè)計巧妙，接口豐富，易擴(kuò)展，處理能力強(qiáng)、速度快，存儲容量大，實(shí)用性強(qiáng)，且使用的安全性高，且接口簡單，制造方便，生產(chǎn)成本低，實(shí)用方便。
[0012 ]進(jìn)一步地，所述電源單元包括可連接外部電源的防反接電路、與防反接電路連接的DCDC降壓電路及連接DCDC降壓電路的穩(wěn)壓濾波電路，該穩(wěn)壓濾波電路信號輸出一端連接所述主控單元。該設(shè)置增強(qiáng)電源輸入的穩(wěn)定性，同時防止因電源接反而損壞主控板。
[0013]進(jìn)一步地，所述防撞條輸入單元、障礙物檢測單元及1輸入單均包括帶信號輸入端的開關(guān)、二極管及第一電阻，所述二極管負(fù)極連接開關(guān)，正極連接第一電阻，二極管負(fù)極接地，二極管處還并聯(lián)一第二電阻，第一電阻連接一電容后接地，第一電阻還具有一連接主控單元的信號輸出端。當(dāng)沒有接輸入或輸入接高電平，不管輸入電壓是3.3V還是100V，輸入二極管都不會導(dǎo)通，由于輸出上拉電阻的作用，輸出高電平，當(dāng)輸入低電平OV時，輸入二極管導(dǎo)通，輸出低電平，輸出前端的電阻和電容，是對輸入信號的低通濾波，具有抗干擾作用。此電路的巧妙設(shè)計既實(shí)現(xiàn)了高低電平的檢測，又起到了隔離的作用，而且功耗低，電路簡單，節(jié)省了空間，又降低了成本。
[0014]進(jìn)一步地，所述障礙物檢測單元和1輸入單元還包括連接主控單元的5V電源輸出電路?？梢越o外接傳感器等設(shè)備供電。
[0015]進(jìn)一步地，所述電池電壓檢測單元包括依次串聯(lián)的10k電阻、1k電阻及電容濾波電路，所述電容濾波電路連接所述主控單元。電流經(jīng)10k電阻、1k電阻分壓后，再經(jīng)電容濾波后傳至主控單元7，主控單元7的模擬參考電源接的3.3V，電阻分壓縮小了 11倍，那么電池電壓最高輸入可到36.3V，實(shí)用性更強(qiáng)。
[0016]進(jìn)一步地，所述1輸出單元包括ULN2003驅(qū)動電路及串聯(lián)于ULN2003驅(qū)動電路信號輸出一端的自動恢復(fù)保險絲，主控單元輸出端連接到ULN2003驅(qū)動電路信號輸入一端。帶自恢復(fù)保險絲，保護(hù)輸出，可用于接三色指示燈、電磁閥、繼電器等外部設(shè)備。
[0017]進(jìn)一步地，所述主控單元包括主控芯片及連接于主控芯片上的外圍電路電源濾波電路、復(fù)位電路、晶振電路、SWD燒寫程序接口。
[0018]進(jìn)一步地，所述模擬信號輸入單元包括可連接外部設(shè)備的插接件和連接所述插接件與主控單元之間的低通阻容濾波電路、外設(shè)供電輸出電容濾波電路。方便接外部設(shè)備，如夏普的模擬量輸出的測距傳感器，以及模擬量輸出的超聲波傳感器等。每路模擬信號經(jīng)濾波處理后到主控單元，由于主控芯片功能強(qiáng)大，利用其自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換DMA結(jié)構(gòu)，完全不用程序的干預(yù)，即可完成電池電壓檢測單元和模擬輸入單元信號的采集。
[0019]進(jìn)一步地，所述通訊單元包括連接主控單元的RS232通訊電路、連接RS232通訊電路的防沖擊保護(hù)電路及連接防沖擊保護(hù)電路的通訊接口。RS232通訊電路接口豐富，可用于接無線通訊模塊、藍(lán)牙控制模塊、RFID定位模塊、導(dǎo)航傳感器、觸摸屏、笑臉模塊、電機(jī)驅(qū)動器、音樂播放器等，實(shí)用性更強(qiáng)。
[0020]進(jìn)一步地，所述總線單元包括CAN總線接口。接口如果不夠，可通過CAN接口不斷擴(kuò)展。
[0021]綜上所述，本實(shí)用新型接口豐富，預(yù)留了很多接口，且易擴(kuò)展接口，實(shí)用性強(qiáng)，同時信息處理能力強(qiáng)，速度快，接口簡單，生產(chǎn)成本低。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型的障礙物檢測單元電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本實(shí)用新型方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0025]如圖1-2所示，一種新型機(jī)器人通用主控板，包括主控單元7、10輸出單元6、總線單元9、通訊單元10、電源單元1、防撞條輸入單元2、障礙物檢測單元3、電池電壓檢測單元4、1輸入單兀5、1輸出單兀6、模擬信號輸入單兀8。所述1輸出單兀6與主控單兀7信號輸出一端連接。所述通訊單元1、總線單元9均與主控單元7雙向連接。所述電源單元1、防撞條輸入單元2、障礙物檢測單元3、電池電壓檢測單元4、1輸入單元5、模擬信號輸入單元8均與主控單元7信號輸出一端連接。
[0026]具體的，所述電源單元I包括防反接電路、DCDC降壓電路及穩(wěn)壓濾波電路。防反接電路可連接外部電源信號輸出一端，DCDC降壓電路信號與防反接電路信號輸出一端連接，穩(wěn)壓濾波電路連接DCDC降壓電路信號輸出一端，該穩(wěn)壓濾波電路信號輸出一端連接所述主控單元7。電源單元I的輸入電壓范圍為8到37V，輸出電壓為5V和3.3V，其電源管理芯片為LM2596-5.0和AMSl 117-3.3組成。具備防反接輸入保護(hù)，板載電源豐富，有5V和3.3V輸出。
[0027]如圖2所示，所述防撞條輸入單元2、障礙物檢測單元3及1輸入單元5均包括帶信號輸入端的開關(guān)K1、二極管Dl及第一電阻Rl，所述二極管Dl負(fù)極連接開關(guān)Kl，正極連接第一電阻Rl，二極管Dl負(fù)極接地，二極管Dl處還并聯(lián)一第二電阻R2，第一電阻Rl連接一電容Cl后接地，第一電阻Rl還具有一連接主控單元7的信號輸出端。所述障礙物檢測單元3和1輸入單元5還包括連接主控單元7的5V電源輸出電路，該5V電源輸出電路可給外界設(shè)備供電。所述外界設(shè)備為5V的紅外光電開關(guān)或觸摸開關(guān)。當(dāng)沒有接輸入或輸入接高電平，不管輸入電壓是3.3V還是100V，輸入二極管都不會導(dǎo)通，由于輸出上拉電阻的作用，輸出高電平，當(dāng)輸入低電平OV時，輸入二極管導(dǎo)通，輸出低電平，輸出前端的電阻和電容，是對輸入信號的低通濾波，具有抗干擾作用。此電路的巧妙設(shè)計既實(shí)現(xiàn)了高低電平的檢測，又起到了隔離的作用，而且功耗低，電路簡單，節(jié)省了空間，又降低了成本。1輸入單元5輸入可根據(jù)實(shí)際需要接啟動、停止按鈕，以及其它開光量型號，并且1輸入單元5接口上引出了 5V電源，也可接傳感器，如5V的紅外光電開關(guān)或觸摸開關(guān)，作為傳感器信號的輸入。
[0028]具體的，所述電池電壓檢測單元4包括依次串聯(lián)的10k電阻、1k電阻及電容濾波電路，所述電容濾波電路連接所述主控單元7。電流經(jīng)過10k電阻和1k電阻分壓后，再經(jīng)電容濾波后傳至主控單元7，主控單元7的模擬參考電源接的3.3V，電阻分壓縮小了 11倍，那么電池電壓最高輸入可到36.3V。
[0029]所述1輸出單元6包括ULN2003驅(qū)動電路及串聯(lián)于ULN2003驅(qū)動電路信號輸出一端的自動恢復(fù)保險絲，ULN2003驅(qū)動電路信號輸入一端連接主控單元7。自動恢復(fù)保險絲輸出可接繼電器、電磁閥、小功率直流電機(jī)、三色警示燈等。
[0030]所述主控單元7包括主控芯片及連接于主控芯片上的外圍電路電源濾波電路、復(fù)位電路、晶振電路、SWD燒寫程序接口。外圍電路電源濾波電路直接連接于主控芯片上的電源輸入引腳、復(fù)位電路直接連接于主控芯片上的復(fù)位引腳、晶振電路直接連接于主控芯片上的晶振連接引腳、SWD燒寫程序接口直接連接于主控芯片上的SWD燒寫程序引腳。所述主控芯片為STM32F407具體為STM32F407VGT6，程序最大容量IMB，先進(jìn)的Cortex_M4內(nèi)核，較強(qiáng)的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，增強(qiáng)的DSP處理指令。程序存儲空間可達(dá)1MB。極致的運(yùn)行速度，主頻可達(dá)168M，以168MHz高速運(yùn)行時可達(dá)到210DMIPS的處理能力。
[0031]所述模擬信號輸入單元8包括插接件和低通阻容濾波電路、外設(shè)供電輸出電路，插接件可連接外部設(shè)備，低通阻容濾波電路、外設(shè)供電輸出電路連接于所述插接件與主控單元7之間。
[0032]所述通訊單元10包括RS232通訊電路、防沖擊保護(hù)電路及通訊接口。RS232通訊電路連接主控單元7，防沖擊保護(hù)電路連接RS232通訊電路，防沖擊保護(hù)電路連接通訊接口。通訊單元10由6路RS232電路及對應(yīng)的保護(hù)電路組成，RS232電路主要采用SP3232芯片，SP3232芯片相比傳統(tǒng)的MA232芯片可靠性更強(qiáng)，且低功耗。輸出保護(hù)電路，主要串了一個電阻，可防止RS232通訊電路的沖擊。服務(wù)機(jī)器人對RS232的通訊接口較多，實(shí)際需要可接I路無線通訊(WIFI或無線數(shù)傳)、1路RFID定位、I路導(dǎo)航、I路觸摸屏、I路電機(jī)控制驅(qū)動器(驅(qū)動器可選多路控制的)、I路音樂報警器等。
[0033]所述總線單元9包括CAN總線接口?？偩€單元9包括I路TI的VP230，VP230是CAN總線芯片，通過CAN總線擴(kuò)展，最多可達(dá)110路。
[0034]在本實(shí)施例中，所述防撞輸入單元為I路，障礙物檢測單元為2路、電池電壓檢測單元為I路、1輸入單元為6路，1輸出單元為7路、模擬信號輸入單元為5路、通訊檢測單元為6路、總線單元為I路，而在其他實(shí)施例中也可設(shè)置成其他數(shù)量的線路。
[0035]本實(shí)用新型具備下述優(yōu)點(diǎn):
[0036]1、微處理器采用32位，處理器計算能力強(qiáng)，處理速度快，程序容量大；
[0037]2、主控板接口更豐富，能滿足市場上大多機(jī)器人的應(yīng)用需求；
[0038]3、主控板實(shí)用性強(qiáng)，針對行業(yè)設(shè)計，如接口豐富防撞條輸入接口、障礙物檢測輸入接口、多路1信號輸入和輸出接口、電池電壓檢測幾口、多路模擬信號輸入接口、6路RS232通訊接口，通過路CAN總線接口易擴(kuò)展、實(shí)用性強(qiáng)。
[0039]4、采用主控芯片為STM32F407，程序最大容量1MB，先進(jìn)的Cortex-M4內(nèi)核，較強(qiáng)的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，增強(qiáng)的DSP處理指令。程序存儲空間可達(dá)1MB。極致的運(yùn)行速度，主頻可達(dá)168M，以168MHz高速運(yùn)行時可達(dá)到210DMIPS的處理能力。
[0040]5、本實(shí)用新型性能強(qiáng)、接口豐富、穩(wěn)定性好，可靠性強(qiáng)，還可以開源的機(jī)器人主控板，加速行業(yè)的發(fā)展，加快機(jī)器人研發(fā)企業(yè)的研發(fā)進(jìn)度，提升產(chǎn)品的可靠性，降低機(jī)器人研發(fā)企業(yè)的研發(fā)成本。
[0041]主控板接口豐富，預(yù)留了很多接口，實(shí)用性強(qiáng)。接口優(yōu)點(diǎn)如下:
[0042]1、電源單元具備防反接輸入保護(hù)，板載電源豐富，有5V和3.3V輸出；
[0043]2、障礙物檢測單元可接服務(wù)機(jī)器上用的觸摸開關(guān)；
[0044]3、10輸入單元可接停止、啟動按鈕等或傳感器輸入信號；
[0045]4、電池電壓檢測單元可省去了電池電量顯示裝置；
[0046]5、10輸出單元，每路都帶自恢復(fù)保險絲，保證輸出不損壞，可用于接三色指示燈、電磁閥、繼電器等外部設(shè)備；
[0047]6、模擬信號輸入接口用于接帶模擬量接口的避障傳感器，做程控避障用；
[0048]7、通訊單元接口豐富，可用于接無線通訊模塊、藍(lán)牙控制模塊、RFID定位模塊、導(dǎo)航傳感器、觸摸屏、笑臉模塊、電機(jī)驅(qū)動器、音樂播放器等。
[0049]8、總線單元，在接口不夠時，可通過CAN總線接口不斷擴(kuò)展。
[0050]巧妙的設(shè)計，輸入接口，即使接入高電平信號為3.3V、24V、40V，甚至100V都能判斷出高電平，也不會燒壞輸入點(diǎn)。
[0051]顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:包括主控單元(7);與主控單元(7)信號輸出一端連接的1輸出單元(6);與主控單元(7)雙向連接的通訊單元(10)和總線單元(9)；以及信號輸出一端連接主控單元(7)的電源單元(1)、防撞條輸入單元(2)、障礙物檢測單元(3)、電池電壓檢測單元(4)、10輸入單元(5)、模擬信號輸入單元(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述電源單元(I)包括可連接外部電源的防反接電路、與防反接電路連接的DCDC降壓電路及連接DCDC降壓電路的穩(wěn)壓濾波電路，該穩(wěn)壓濾波電路信號輸出一端連接所述主控單元(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述防撞條輸入單元(2)、障礙物檢測單元(3)及1輸入單元(5)均包括帶信號輸入端的開關(guān)(K1)、二極管(Dl)及第一電阻(Rl)，所述二極管(Dl)負(fù)極連接開關(guān)(Kl)，正極連接第一電阻(Rl)，二極管(Dl)負(fù)極接地，二極管(Dl)處還并聯(lián)一第二電阻(R2)，第一電阻(Rl)連接一電容(Cl)后接地，第一電阻(Rl)還具有一連接主控單元(7)的信號輸出端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述障礙物檢測單元(3 )和1輸入單元(5 )還包括連接主控單元(7 )的5V電源輸出電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述電池電壓檢測單元(4)包括依次串聯(lián)的10k電阻和1k電阻及電容濾波電路，所述電容濾波電路連接所述主控單元(7)06.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述1輸出單元(6)包括ULN2003驅(qū)動電路及串聯(lián)于ULN2003驅(qū)動電路信號輸出一端的自動恢復(fù)保險絲，主控單元(7)輸出端連接到ULN2003驅(qū)動電路信號輸入一端。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述主控單元(7)包括主控芯片及連接于主控芯片上的外圍電路電源濾波電路、復(fù)位電路、晶振電路、SWD燒寫程序接口。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述模擬信號輸入單元(8)包括可連接外部設(shè)備的插接件和連接所述插接件與主控單元(7)之間的低通阻容濾波電路、外設(shè)供電輸出電容濾波電路。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述通訊單元(10)包括連接主控單元(7)的RS232通訊電路、連接RS232通訊電路的防沖擊保護(hù)電路及連接防沖擊保護(hù)電路的通訊接口。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型機(jī)器人通用主控板，其特征在于:所述總線單元(9)包括CAN總線接口。
【文檔編號】B25J13/06GK205497502SQ201620311539
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】鄭慧明, 程教文, 姚剛
【申請人】杭州為諾智能科技有限公司