CN102854814A - 一种数字舵机控制器 - Google Patents

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庄金权
杨德良
吴泽勇
王典
邓健辉
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Abstract

本发明实施例公开了一种数字舵机控制器，用于接收并处理上位机的模拟信号，包括：一数字信号处理DSP模块、信号滤波及调理模块和电机驱动模块，其中：所述信号滤波及调理模块接收所述模拟信号并处理得到调理信号，所述信号滤波及调理模块的调理信号输出端与所述DSP模块的信号输入端连接；所述DSP模块接收所述调理信号进行模数转换及脉冲宽度调制PWM信号输出，所述DSP模块的PWM信号输出端与所述电机驱动模块的信号输入端连接；所述电机驱动模块的信号输出端与所述舵机的电机受控端连接。克服了现有技术中实现少量路数舵机控制的电路繁冗及成本高的问题。

Description

一种数字舵机控制器
技术领域
本发明涉及舵机控制技术领域，更具体地说，涉及一种数字舵机控制器。 
背景技术
舵机是用于航天及船舶控制舵叶偏转的机械设备，针对舵机的控制设备通常使用模拟舵机控制器或数字舵机控制器实现对舵机的自动化控制。所述数字舵机控制器以其智能化程度和集成度高，易与计算机网络对接的优点，成为舵机控制领域的主导。 
现有的数字舵机控制器通常采用DSP+FPGA/CPLD构架，在该构架中所述DSP作为MCU，将所述FPGA/CPLD作为协同处理单元，将所述DSP的快速运算速度以及FPGA/CPLD并行处理能力，独立生成多路并行脉冲宽度调制PWM信号驱动对多路舵机运行。 
然而，现有的数字舵机控制器所采用的DSP+FPGA/CPLD构架对于少量路数的舵机运行实现的驱动控制来说，存在着控制机理复杂、成本高的问题。 
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种数字舵机控制器，以实现少量路数的数字舵机控制器电路结构简洁，成本低廉的目的。 
一种数字舵机控制器，用于接收并处理上位机的模拟信号，包括：一数字信号处理DSP模块、信号滤波及调理模块和电机驱动模块，其中： 
所述信号滤波及调理模块接收所述模拟信号并处理得到调理信号，所述信号滤波及调理模块的调理信号输出端与所述DSP模块的信号输入端连接； 
所述DSP模块接收所述调理信号进行模数转换及脉冲宽度调制PWM信号输出，所述DSP模块的PWM信号输出端与所述电机驱动模块的信号输入端连接； 
所述电机驱动模块的信号输出端与所述舵机的电机受控端连接。 
为了完善上述方案，所述控制器还包括：电源模块，包括：变压模块和至少一个低压差电压调节器，所述变压模块与所述低压差电压调节器串联，所述低压差电压调节器间采用并联。 
优选地，所述信号滤波及调理模块包括：低通滤波电路和信号调理电路。 
所述电机驱动模块包括：驱动芯片及自举电路、功率开关管和辅助电路，其中： 
所述驱动芯片及自举电路将所述PWM信号输出至所述功率开关管的上下桥臂，形成H桥电路； 
所述H桥电路的输出端与所述辅助电路的输入端连接； 
所述辅助电路直接驱动所述舵机的电机。 
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例采用一块DSP芯片实现少量路数舵机的控制，配合信号滤波及调理模块对上位机的模拟信号进行滤波与整形后，在所述DSP中实现模数转换及脉冲宽度调制PWM信号的生成，从而触发所述电机驱动模块对舵机的电机执行控制。克服了现有技术中实现少量路数舵机控制的电路繁冗及成本高的问题。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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他的附图。 
图1a为本发明实施例公开的一种数字舵机控制器结构示意图； 
图1b为本发明实施例公开的一种数字舵机控制器信号滤波及调理模块结构示意图； 
图1c为本发明实施例公开的一种数字舵机控制器信号电机驱动模块结构示意图； 
图2a为本发明实施例公开的一种数字舵机控制器结构示意图； 
图2b为本发明实施例公开的一种数字舵机控制器信号电源模块结构示意图。 
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 
本发明实施例公开了一种数字舵机控制器，以实现少量路数的数字舵机控制器电路结构简洁，成本低廉的目的。 
图1a示出了一种数字舵机控制器，该控制器用于接收并处理上位机的模拟信号，并结合图1b-图1c说明，包括： 
一数字信号处理DSP模块1、信号滤波及调理模块2和电机驱动模块3(图1a中顺序标示了与3路舵机对应的电机驱动模块1、2、3)，其中： 
所述信号滤波及调理模块2接收所述模拟信号并处理得到调理信号； 
可从图中获知，上述模拟信号包含有上位机给定信号及传感器反馈信号； 
所述信号滤波及调理模块2的调理信号输出端与所述DSP模块1的信号输入端连接； 
所述DSP模块1接收所述调理信号进行模数转换及脉冲宽度调制PWM信号输出，所述DSP模块1的PWM信号输出端与所述电机驱动模块3的信号输入端连接； 
所述电机驱动模块3的信号输出端与所述舵机的电机受控端4连接。 
所述DSP模块1在本实施例中的数字舵机控制器中设置有一个，利用简约的处理器结构实现在少量路数，如3路及3路以下舵机控制场景下，可省去现有技术中DSP+FPGA/CPLD的繁冗结构，实现简洁电路的舵机控制效果。所述DSP模块由DSP芯片及外围电路构成，作为优选，所述DSP芯片可采用TI公司的2000系列，如TM S320F2407、TMS320F2812等，由于 上述列举芯片继承了电机控制模块，可独立生成12路PWM信号，即可实现3路及3路以下的舵机的并行控制。 
所述信号滤波及调理模块2包括：低通滤波电路5和信号调理电路6，如图1b所述。 
上位机给定信号和传感器反馈信号包含了大量的高频噪声，因而需要进行低通滤波。所述低通滤波电路具体为TLV084型芯片中二阶低通滤波电路对两路输入信号进行滤波。接着，由于上述DSP芯片上集成的模数转换模块所能接收及识别的模拟信号输入范围为若为0～3V，而所述上位机给定信号和传感器反馈信号的变化范围若为-10～+10V，经过低通滤波的信号还需进行调理。需要说明的是，所述信号调理电路采用TLV2372芯片电路实现，但并不局限。 
所述电机驱动模块3包括：驱动芯片及自举电路7、功率开关管8和辅助电路9，其中： 
所述驱动芯片及自举电路7将所述PWM信号输出至所述功率开关管8的上下桥臂，形成H桥电路； 
所述H桥电路的输出端与所述辅助电路9的输入端连接； 
所述辅助电路9直接驱动所述舵机的电机。 
上述H桥电路输出信号为脉冲宽度调制PWM信号，根据电机特性或应用情况的不同，可以为双极性PWM信号或单极性PWM信号，分别满足快速性需求或低功耗需求。如图1a所示，由于该实施例中的舵机路数为3，因而所述电机驱动模块由三路相同结构的IR公司IR2181S(所述驱动芯片及自举电路7)和IRFS4710(功率开关管8)及辅助电路组成，实现电机驱动。 
图2a示出了有一种数字舵机控制器，在图1图示及其对应说明的基础上，还包括：电源模块10； 
如图2b所示，该电源模块10包括： 
变压模块11和至少一个低压差电压调节器12，所述变压模块11与所述低压差电压调节器12串联，所述低压差电压调节器12间采用并联。 
电源模块10完成该数字舵机控制器所需的各种电压的转换，所述变压模块11将直流电压降低为所述数字舵机控制器各个模块所需的电压等级，并配合所述低压差电压调节器12再将直流低压电进行分压处理。 
需要说明的是，所述电源模块10可与所述数字舵机控制器一体化设计也可作为片外模块，并不局限于某种形式。 
综上所述： 
本发明实施例采用一块DSP芯片实现少量路数舵机的控制，配合信号滤波及调理模块对上位机的模拟信号进行滤波与整形后，在所述DSP中实现模数转换及脉冲宽度调制PWM信号的生成，从而触发电机驱动模块对舵机的电机执行控制。克服了现有技术中实现少量路数舵机控制的电路繁冗及成本高的问题。 
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (4)

1.一种数字舵机控制器，其特征在于，用于接收并处理上位机的模拟信号，包括：一数字信号处理DSP模块、信号滤波及调理模块和电机驱动模块，其中：
所述信号滤波及调理模块接收所述模拟信号并处理得到调理信号，所述信号滤波及调理模块的调理信号输出端与所述DSP模块的信号输入端连接；
所述DSP模块接收所述调理信号进行模数转换及脉冲宽度调制PWM信号输出，所述DSP模块的PWM信号输出端与所述电机驱动模块的信号输入端连接；
所述电机驱动模块的信号输出端与所述舵机的电机受控端连接。
2.如权利要求1所述的数字舵机控制器，其特征在于，还包括：电源模块，包括：变压模块和至少一个低压差电压调节器，所述变压模块与所述低压差电压调节器串联，所述低压差电压调节器间采用并联。
3.如权利要求1所述的数字舵机控制器，其特征在于，所述信号滤波及调理模块包括：低通滤波电路和信号调理电路。
4.如权利要求1所述的数字舵机控制器，其特征在于，所述电机驱动模块包括：驱动芯片及自举电路、功率开关管和辅助电路，其中：
所述驱动芯片及自举电路将所述PWM信号输出至所述功率开关管的上下桥臂，形成H桥电路；
所述H桥电路的输出端与所述辅助电路的输入端连接；
所述辅助电路直接驱动所述舵机的电机。
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