本發(fā)明屬于設(shè)備驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于單片機(jī)的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，采用國(guó)產(chǎn)8位單片機(jī)STC15W4K60S4作為控制核心，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定和成本低廉的功效。

背景技術(shù)：
：

舵機(jī)最早是船舶上的一種大甲板機(jī)械，用于控制船舶轉(zhuǎn)向，而在航天方面，舵機(jī)也應(yīng)用廣泛，導(dǎo)彈姿態(tài)變換的俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等都是靠舵機(jī)相互配合完成的。舵機(jī)也叫伺服電機(jī)，由于其可以通過程序連續(xù)控制其轉(zhuǎn)角，因而也被廣泛應(yīng)用于遙控航空、航天模型、智能機(jī)器等場(chǎng)合，以實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作、改變轉(zhuǎn)向以及機(jī)器人各類關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等功能。舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器等構(gòu)成，其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位；其作為轉(zhuǎn)向的控制機(jī)構(gòu)，具有體積小、力矩大、外部機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，無論是在硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)方面，舵機(jī)設(shè)計(jì)均是智能機(jī)器人和航天模型等控制部分重要的組成。

舵機(jī)的動(dòng)作是由控制芯片輸出的特定PWM來進(jìn)行控制的，而PWM的產(chǎn)生則是由預(yù)先下載寫入到微控制器中的程序來控制的。當(dāng)外部系統(tǒng)應(yīng)用了較多的舵機(jī)時(shí)，采用專門的驅(qū)動(dòng)板來完成每個(gè)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)，能夠有效提高工作效率、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板大都存在兩方面的缺陷：一方面售價(jià)昂貴，特別是能驅(qū)動(dòng)二三十路以上舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)板，其價(jià)格對(duì)于普通研究者和業(yè)余愛好者都是難以接受的；另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中很少有公開舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板的控制芯片型號(hào)的，例如中國(guó)專利ZL 201610158159.5公開的一種多關(guān)節(jié)小型機(jī)器人電控系統(tǒng)，中國(guó)專利ZL 201510918141.6公開的一種基于剛?cè)嵋惑w化印制板的飛行控制器等，均未明確公開驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的控制芯片型號(hào)，而且檢索現(xiàn)有的專利技術(shù)，很難檢索到有關(guān)于舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板的相關(guān)內(nèi)容，使得很多研究者對(duì)控制芯片性能和成本等方面的參數(shù)無法進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估和深入研究。因此本申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出一種基于STC15W4K60S4的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板，能夠驅(qū)動(dòng)多路舵機(jī)完成各種動(dòng)作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于STC15W4K60S4單片機(jī)的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的數(shù)量在18-22路以上，能夠滿足絕大多數(shù)用戶的基本需求。

本發(fā)明涉及的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置主體結(jié)構(gòu)包括電源模塊、主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊，電源模塊中的+5和+3.3端口分別與主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊中對(duì)應(yīng)的電源端口連接以提供工作電源；主控模塊中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊中的RXD1和TXD1端口連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能；PWM輸出模塊為直接驅(qū)動(dòng)外部舵機(jī)的模塊，設(shè)有的十八路PWM端口分別與主控模塊的P2.4-P2.7、P7.4-P7.7、P4.5、P4.6、P0.0、P0.1、P0.4、P5.2、P6.6-P6.4、P4.0連接，通過改變PWM的占空比改變對(duì)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角數(shù)值以實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)動(dòng)作的控制；電源模塊由兩組降壓轉(zhuǎn)換電路組成，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源分別供給所連接的功能模塊；主控模塊以STC15W4K60S4單片機(jī)為控制核心；串口模塊為主控模塊中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發(fā)送器即P0.2和P0.3端口，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)STC15W4K60S4的程序下載及其與計(jì)算機(jī)端上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊；所述的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行過程：將舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與外部電源連接后，由電源模塊將外部電源轉(zhuǎn)換成各模塊需要的工作電壓后供給所有模塊；主控模塊上電后先進(jìn)行復(fù)位操作以恢復(fù)至默認(rèn)狀態(tài)，然后開始運(yùn)行預(yù)先寫入的程序并生成所需要的PWM信號(hào)傳輸至PWM輸出模塊，PWM輸出模塊將PWM信號(hào)通過PWM輸出端口輸出至舵機(jī)，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比使得舵機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)角以控制舵機(jī)工作；主控模塊通過串口模塊與計(jì)算機(jī)端上位機(jī)之間進(jìn)行串行通訊，計(jì)算機(jī)端上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)讀取當(dāng)前各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)，或?qū)敵龅腜WM信號(hào)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更改，并將修改后的參數(shù)保存至舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的主控模塊中，當(dāng)主控模塊與計(jì)算機(jī)端上位機(jī)之間通訊中斷后，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置能夠根據(jù)已經(jīng)保存在主控模塊中的參數(shù)控制外部舵機(jī)完成相應(yīng)動(dòng)作。

進(jìn)一步的，所述電源模塊由兩組降壓轉(zhuǎn)換電路組成，一組降壓轉(zhuǎn)換電路是將+7.2V降壓到+5V的轉(zhuǎn)換電路，另一組降壓轉(zhuǎn)換電路是將+5V降壓到+3.3V的轉(zhuǎn)換電路，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源，每組降壓轉(zhuǎn)換電路的電源正極與大地之間并連有去耦電容，減少負(fù)載帶給電源的波紋。

進(jìn)一步的，所述主控模塊采用型號(hào)為STC15W4K60S4的單片機(jī)芯片為控制核心；所述PWM輸出模塊輸出的PWM共十八路，用于分別實(shí)現(xiàn)對(duì)十八路舵機(jī)的控制，每路的PWM由電源、大地和PWM輸出端口組成，每路的PWM輸出端口與舵機(jī)相連后能夠通過控制輸出PWM的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)工作的控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，主控模塊中使用的控制芯片為8位微處理器STC15W4K60S4，性能強(qiáng)大，成本較低，微處理器的通訊端口和下載端口能夠復(fù)用，便于進(jìn)行后續(xù)固件升級(jí)；電源模塊供電采用切換式方案，能夠兼容不同工作電壓的舵機(jī)；設(shè)計(jì)的串口模塊設(shè)計(jì)能夠與專用上位機(jī)連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在可視化頁面對(duì)舵機(jī)進(jìn)行操作控制；整體驅(qū)動(dòng)裝置具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，且性能穩(wěn)定、成本低廉、控制精確。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明涉及的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)模塊示意圖。

圖2為本發(fā)明中涉及的電源模塊的組成結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3為本發(fā)明中涉及的主控模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4為本發(fā)明中涉及的串口模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5為本發(fā)明中涉及的PWM輸出模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明并不僅限于以下實(shí)施方式。

實(shí)施例：

本實(shí)施例涉及到的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置主體結(jié)構(gòu)包括電源模塊1、主控模塊2、串口模塊3和PWM輸出模塊4(如圖1所示)，電源模塊1中的+5和+3.3端口分別與主控模塊2、串口模塊3和PWM輸出模塊4中對(duì)應(yīng)的電源端口連接以提供工作電源；主控模塊2中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊3中的RXD1和TXD1端口連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能；PWM輸出模塊4為直接驅(qū)動(dòng)外部舵機(jī)的模塊，設(shè)有的十八路PWM端口(PWM1-PWM18)分別與主控模塊2的P2.4-P2.7、P7.4-P7.7、P4.5、P4.6、P0.0、P0.1、P0.4、P5.2、P6.6-P6.4、P4.0連接，通過改變PWM的占空比改變對(duì)舵機(jī)的轉(zhuǎn)角數(shù)值以實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)動(dòng)作的控制；電源模塊1由兩組降壓轉(zhuǎn)換電路組成，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源分別供給所連接的功能模塊；主控模塊2以STC15W4K60S4單片機(jī)為控制核心；串口模塊3為主控模塊2中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發(fā)送器4即P0.2和P0.3端口，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)STC15W4K60S4的程序下載及其與計(jì)算機(jī)端上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊；所述的舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行過程：將舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與外部電源連接后，由電源模塊1將外部電源轉(zhuǎn)換成各模塊需要的工作電壓后供給所有模塊；主控模塊2上電后先進(jìn)行復(fù)位操作以恢復(fù)至默認(rèn)狀態(tài)，然后開始運(yùn)行預(yù)先寫入的程序并生成所需要的PWM信號(hào)傳輸至PWM輸出模塊4，PWM輸出模塊4將PWM信號(hào)通過PWM輸出端口輸出至舵機(jī)，通過調(diào)節(jié)PWM的占空比使得舵機(jī)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)角以控制舵機(jī)工作；主控模塊2通過串口模塊3與計(jì)算機(jī)端上位機(jī)之間進(jìn)行串行通訊，計(jì)算機(jī)端上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)讀取當(dāng)前各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)，或?qū)敵龅腜WM信號(hào)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更改，并將修改后的參數(shù)保存至舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的主控模塊2中，當(dāng)主控模塊2與計(jì)算機(jī)端上位機(jī)之間通訊中斷后，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置能夠根據(jù)已經(jīng)保存在主控模塊2中的參數(shù)控制外部舵機(jī)完成相應(yīng)動(dòng)作。

本實(shí)施例所述電源模塊1包括兩組降壓轉(zhuǎn)換電路(如圖2所示)，一組降壓轉(zhuǎn)換電路是將+7.2V降壓到+5V的轉(zhuǎn)換電路，另一組降壓轉(zhuǎn)換電路是將+5V降壓到+3.3V的轉(zhuǎn)換電路，分別得到+5V和+3.3V的輸出電源，每組降壓轉(zhuǎn)換電路的電源正極與大地之間并連有去耦電容，減少負(fù)載帶給電源的波紋。

本實(shí)施例所述的主控模塊2采用型號(hào)為STC15W4K60S4的單片機(jī)芯片為控制核心(如圖3所示)，STC15W4K60S4系列單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)、寬電壓、高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的8051單片機(jī)，具有STC第九代加密功能，加密性超強(qiáng)，在指令完全兼容傳統(tǒng)8051的基礎(chǔ)上速度快8-12倍，內(nèi)部集成有高精度時(shí)鐘和高可靠復(fù)位電路，能夠徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路，同時(shí)內(nèi)置有4K字節(jié)大容量SRAM、四路高速異步串行通訊端口(UART1/UART2/UART3/UART4)、一路高速同步串行通訊端口SPI和比較器。

本實(shí)施例所述的PWM輸出模塊4輸出的PWM共十八路(如圖5所示)，用于分別實(shí)現(xiàn)對(duì)十八路舵機(jī)的控制，每路的PWM由電源、大地和PWM輸出端口組成，每路的PWM輸出端口與舵機(jī)相連后能夠通過控制輸出PWM的占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)工作的控制。