CN104850038B - 基于stm32单片机的深海装备着陆控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路。本发明包括电源供电电路、供电选择开关电路、电平转换电路、倾角采集电路和主控电路。电源供电电路为供电选择开关电路、电平转换电路分别提供+12V、+5V电源；为倾角采集电路和主控电路提供+3.3V电源；主控电路通过I/O口控制供电选择开关电路中4路+12V电源输出；外部高度计通过电平转换电路3将RS232电平转换为TTL电平与主控电路连接；主控电路通过内部集成总线与倾角采集电路进行通讯，获得倾角数据。本发明通过对采集到的高度计数据和倾角数据进行处理，利用通用定时器输出PWM信号控制4个支腿的伸缩，实现深海装备在水下的平稳着陆。
Description
技术领域
本发明属于深海装备的自动化控制领域，具体涉及一种基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路。具体的基于STM32单片机对其内部集成串行总线I2C、通用定时器TIM2、TIM3以及4个通用收发器（USART/UART）接口进行智能控制实现深海装备着陆控制的电路。
背景技术
海洋资源的勘探与开发能力水平，是衡量国家海洋技术水平的重要标志。深海装备开发技术是海洋技术领域的重要分支，是我国在“海洋强国”战略中的一个重要发展方向，其在国防安全、海洋科学调查、海洋资源勘探、水下工程、渔业等多个领域有着广泛的应用。
深海装备一般应根据特有的应用需求和作业任务进行设计。其需要根据海上实际需求，针对某些需要在海底复杂地形下平稳着陆，保持水平姿态进行作业。然而，在近年来的国家大洋科学考察中发现，由于海底地形的复杂多样，对于海洋装备来说，沉底着陆是一项比较困难的工作。无论是需要精确平衡的海底取样钻机，还是需要沉底观测的ROV、AUV和HOV，在复杂的海底环境下，一个平稳的着陆将会是后续一系列钻探、观测等工作的保障。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，通过对4路串口采集到的高度计数据和内部集成总线采集到的倾角数据进行处理，利用通用定时器输出PWM信号控制4个支腿的伸缩，从而实现深海装备在水下的平稳着陆。
本发明包括电源供电电路、供电选择开关电路、电平转换电路、倾角采集电路和主控电路。
电源供电电路为供电选择开关电路提供+12V的电源输入，为电平转换电路提供+5V的电源输入，为倾角采集电路和主控电路提供+3.3V的电源输入；主控电路通过I/O口控制供电选择开关电路中4路+12V电源的输出，实现外部高度计的开关；外部高度计通过电平转换电路3将RS232电平转换为TTL电平与主控电路连接；主控电路通过内部集成总线与倾角采集电路进行通讯，获得倾角数据。
电源供电电路包括一级电源转换芯片U1，二级电源转换芯片U2，接口P1，5个瓷片电容C102、C103、C104、C105和C108，4个电阻R101、R102、R103、R104，3个钽电容C101、C106、C107；稳压管D1、发光二极管LED1、功率电感L1和开关K1；接口P1的1脚与开关K1的一端相连，开关K1的另一端与U1的3脚连接；一级电源转换芯片U1的3脚为输入端，同时与钽电容C101的正极相连；一级电源转换芯片U1的输出管脚2脚与功率电感L1的一端连接，功率电感L1的另一端分别与电阻R101、电阻R103、瓷片电容C103、瓷片电容C104、瓷片电容C105的一端连接，电阻R101的另一端与一级电源转换芯片U1的反馈管脚4脚连接，电阻R103的另一端与发光二极管LED1的阳极连接；一级电源转换芯片U1的开启信号管脚5脚与一级电源转换芯片U1的输入管脚3脚连接，一级电源转换芯片U1的通道启动管脚6脚与瓷片电容C102的一端连接，瓷片电容C102的另外一端与一级电源转换芯片U1的输出管脚2脚连接；电阻R102的一端与一级电源转换芯片U1的4脚连接；发光二极管LED1的阴极与电阻R104的一端连接；稳压管D1的阳极与发光二极管LED1的阳极连接，稳压管D1的阴极分别与钽电容C106的阳极和二级电源转换芯片U2的输入管脚3脚连接；二级电源转换芯片U2的输出管脚2脚分别与钽电容C107的阳极和瓷片电容C108的一端连接；接口P1的2脚、一级电源转换芯片U1的接地管脚1脚、二级电源转换芯片U2的接地管脚1脚、瓷片电容C103另一端、瓷片电容C104另一端、瓷片电容C105另一端、瓷片电容C108的另一端、电阻R102另一端、电阻R104的另一端、钽电容C101阴极、钽电容C106阴极、钽电容C107的阴极接地。
供电选择开关电路包括4个P沟道增强型MOSFETQ1、Q3、Q5和Q7，4个NPN三级管Q2、Q4、Q6和Q8，4个瓷片电容C201、C202、C203和C204，8个电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207、R208；
MOSFETQ1的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ1的栅极与三极管Q2的集电极连接；电阻R201的一端与MOSFETQ1的源极连接，电阻R201的另一端与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的基极与瓷片电容C201的一端和电阻R202的一端连接；
MOSFETQ3的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ3的栅极与三极管Q4的集电极连接；电阻R203的一端与MOSFETQ3的源极连接，电阻R203的另一端与三极管Q4的集电极连接；三极管Q4的基极与瓷片电容C202的一端和电阻R204的一端连接；
MOSFETQ5的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ5的栅极与三极管Q6的集电极连接；电阻R205的一端与MOSFETQ5的源极连接，电阻R205的另一端与三极管Q6的集电极连接；三极管Q6的基极与瓷片电容C203的一端和电阻R206的一端连接；
MOSFETQ7的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ7的栅极与三极管Q8的集电极连接；电阻R207的一端与MOSFETQ7的源极连接，电阻R207的另一端与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极与瓷片电容C204的一端和电阻R208的一端连接；
瓷片电容C201的另一端、C202的另一端、C203的另一端、C204的另一端和三极管Q2的发射极、Q4的发射极、Q6的发射极、Q8的发射极接地。
电平转换电路包括电平转换芯片U3、U4、U5，5个接口COM1、COM2、COM3、COM4、COM5和12个瓷片电容C301、C302、C303、C304、C305、C306、C307、C308、C309、C310、C311、C312；电平转换芯片U3的接收管脚8脚与接口COM1的3脚连接，电平转换芯片U3的输出管脚7脚与接口COM1的2脚连接，电平转换芯片U3的接收管脚13脚与接口COM2的3脚连接，电平转换芯片U3的输出管脚14脚与接口COM2的2脚连接，电平转换芯片U3的6脚与瓷片电容C301的一端连接，电平转换芯片U3的内部供电管脚2脚与瓷片电容C302的一端连接，电平转换芯片U3的供电管脚16脚分别与瓷片电容C302的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U3的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C304的一端连接，电平转换芯片U3的3脚与瓷片电容C304的另一端连接，电平转换芯片U3的4脚与瓷片电容C303的一端连接，电平转换芯片U3的5脚与瓷片电容C303的另一端连接；
电平转换芯片U4的接收管脚8脚与接口COM3的3脚连接，电平转换芯片U4的输出管脚7脚与接口COM3的2脚连接，电平转换芯片U4的接收管脚13脚与接口COM4的3脚连接，电平转换芯片U4的输出管脚14脚与接口COM4的2脚连接，电平转换芯片U4的6脚与瓷片电容C305的一端连接，电平转换芯片U4的内部供电管脚2脚与瓷片电容C306的一端连接，电平转换芯片U4的供电管脚16脚分别与瓷片电容C306的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U4的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C308的一端连接，电平转换芯片U4的3脚与瓷片电容C308的另一端连接，电平转换芯片U4的4脚与瓷片电容C307的一端连接，电平转换芯片U4的5脚与瓷片电容C307的另一端连接；
电平转换芯片U5的接收管脚8脚与接口COM5的3脚连接，电平转换芯片U5的输出管脚7脚与接口COM5的2脚连接，电平转换芯片U5的6脚与瓷片电容C309的一端连接，电平转换芯片U5的内部供电管脚2脚与瓷片电容C310的一端连接，电平转换芯片U5的供电管脚16脚分别与瓷片电容C310的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U5的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C312的一端连接，电平转换芯片U5的3脚与瓷片电容C312的另一端连接，电平转换芯片U5的4脚与瓷片电容C311的一端连接，电平转换芯片U5的5脚与瓷片电容C311的另一端连接；
接口COM1的1脚与供电选择开关电路中的Q1的漏极连接，接口COM2的1脚与供电选择开关电路中的Q3的漏极连接，接口COM3的1脚与供电选择开关电路中的Q5的漏极连接，接口COM4的1脚与供电选择开关电路中的Q7的漏极连接，接口COM1的4脚、接口COM2的4脚、接口COM3的4脚、接口COM4的4脚、瓷片电容C301的另一端、瓷片电容C305的另一端、瓷片电容C309另一端、电平转换芯片U3的接地管脚15脚、电平转换芯片U4的接地管脚15脚、电平转换芯片U5的接地管脚15脚均接地。
倾角采集电路包括加速度计芯片U6和5个电阻R401、R402、R403、R404、R405；加速度计芯片U6的外部供电管脚6脚与电阻R401的一端连接，加速度计芯片U6的片选管脚7脚与电阻R405的一端连接，加速度计芯片U6的串行数据输出管脚12脚与电阻R404的一端连接，加速度计芯片U6的13脚与电阻R403的一端连接，加速度计芯片U6的14脚与电阻R402的一端连接；加速度计芯片U6的1脚、电阻R401的另一端、电阻R402的另一端、电阻R403的另一端、电阻R405的另一端与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的输出管脚2脚连接；加速度计芯片U6的2脚、4脚、5脚、电阻R404的另一端接地。
主控电路包括主控芯片U7，3个电阻R501、R502、R503，9个瓷片电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509，4个电机控制接口P3、P4、P5、P6，程序下载与调试接口P7、通讯串口P2、复位键K2、二极管D2、晶振Y1、发光二极管LED2；主控芯片U7的电源输入管脚11脚、21脚、22脚、28脚、50脚、75脚、100脚，瓷片电容C505、C506、C507、C508、C509的一端，电阻R502的一端，程序下载与调试接口P7的4脚和二极管D2的阳极均与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚23脚与电机控制接口P3的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚24脚与电机控制接口P4的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚29脚与电机控制接口P3的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚30脚与电机控制接口P4的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚63脚与电机控制接口P5的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚64脚与电机控制接口P6的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚31脚与电机控制接口P5的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚32脚与电机控制接口P6的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚25脚与通讯串口P2的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚26脚与通讯串口P2的1脚连接；主控芯片U7的I/O管脚68脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的10脚连接，主控芯片U7的I/O管脚69脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的9脚连接，主控芯片U7的I/O管脚47脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的11脚连接，主控芯片U7的I/O管脚48脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的12脚连接，主控芯片U7的I/O管脚78脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的10脚连接，主控芯片U7的I/O管脚79脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的9脚连接，主控芯片U7的I/O管脚80脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的11脚连接，主控芯片U7的I/O管脚83脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的12脚连接；主控芯片U7的I/O管脚72脚与程序下载与调试接口P7的3脚连接，主控芯片U7的I/O管脚76脚与程序下载与调试接口P7的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚37脚与电阻R501的一端连接；主控芯片U7的I/O管脚84脚与供电选择开关电路中R202的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚85脚与供电选择开关电路中R204的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚86脚与供电选择开关电路中R206的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚87脚与供电选择开关电路中R208的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚92脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的14脚连接，主控芯片U7的I/O管脚93脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的13脚连接，主控芯片U7的I/O管脚42脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的8脚连接；主控芯片U7的复位管脚14脚与电阻R502的另一端、复位键K2的一端、瓷片电容C501的一端连接，电阻R502的另一端与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚56脚与电阻R503的一端连接，电阻R503的另一端与发光二极管LED2的阳极连接；主控芯片U7的备用电源管脚6脚与瓷片电容C502的一端、二极管D2的阴极连接；主控芯片U7的晶振输出管脚13脚与瓷片电容C503的一端、晶振Y1的一端连接，主控芯片U7的晶振输入管脚12脚与瓷片电容C504的一端、晶振Y1的另一端连接；主控芯片U7的接地管脚10脚、19脚、27脚、49脚、74脚、94脚、99脚，电阻R501的另一端，复位键K2的另一端，瓷片电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509的另一端，程序下载与调试接口P7的1脚，发光二极管LED2的阴极，通讯串口P2的3脚，电机控制接口P3的3脚、4脚，电机控制接口P4的3脚、4脚，电机控制接口P5的3脚、4脚以及电机控制接口P6的3脚、4脚均接地。
所述的一级电源转换芯片U1采用TI公司的TPS562209DDCR；二级电源转换芯片U2采用AMS公司的AMS1117；电平转换芯片U3、U4、U5采用ADI公司的ADM202E；加速度计芯片U6采用ADI公司的ADXL345；主控芯片U7采用ST公司的STM32F103VCT6。
本发明有益效果如下：
本发明运用STM32单片机内部的串口采集到高度计数据和三轴加速度计测量到的倾角数据，处理得到电机的控制量，并利用内部定时器输出PWM信号控制外部驱动模块，完成深海装备4个支腿的自动调节功能，以此来保障深海装备在水下的平稳作业。
附图说明
图1为本发明的整体电路示意图；
图2（a）为图1中的电源供电电路示意图；
图2（b）为图1中的电源供电电路示意图；
图3（a）为图1中的供电选择开关电路示意图；
图3（b）为图1中的供电选择开关电路示意图；
图3（c）为图1中的供电选择开关电路示意图；
图3（d）为图1中的供电选择开关电路示意图；
图4（a）为图1中的电平转换电路示意图；
图4（b）为图1中的电平转换电路示意图；
图4（c）为图1中的电平转换电路示意图；
图5为图1中的倾角采集电路示意图；
图6为图1中的主控电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，包括电源供电电路1、供电选择开关电路2、电平转换电路3、倾角采集电路4和主控电路5，外部高度计6。
如图1所示，电源供电电路1为供电选择开关电路2提供+12V的电源输入，为电平转换电路3提供+5V的电源输入，为倾角采集电路4和主控电路5提供+3.3V的电源输入。主控电路5通过I/O口控制供电选择开关电路2中4路+12V电源的输出，实现外部高度计6的开关。外部高度计6通过电平转换电路3将RS232电平转换为TTL电平与主控电路5连接。主控电路5通过内部集成总线与倾角采集电路4进行通讯，获得倾角数据。
如图2（a）和2（b）所示，电源供电电路包括一级电源转换芯片U1，二级电源转换芯片U2，接口P1，5个瓷片电容C102、C103、C104、C105和C108，4个电阻R101、R102、R103、R104，3个钽电容C101、C106、C107；稳压管D1、发光二极管LED1、功率电感L1和开关K1。接口P1的1脚与开关K1的一端相连，开关K1的另一端与U1的3脚连接；一级电源转换芯片U1的3脚为输入端，同时与钽电容C101的正极相连；一级电源转换芯片U1的输出管脚2脚与功率电感L1的一端连接，功率电感L1的另一端分别与电阻R101、电阻R103、瓷片电容C103、瓷片电容C104、瓷片电容C105的一端连接，电阻R101的另一端与一级电源转换芯片U1的反馈管脚4脚连接，电阻R103的另一端与发光二极管LED1的阳极连接；一级电源转换芯片U1的开启信号管脚5脚与一级电源转换芯片U1的输入管脚3脚连接，一级电源转换芯片U1的通道启动管脚6脚与瓷片电容C102的一端连接，瓷片电容C102的另外一端与一级电源转换芯片U1的输出管脚2脚连接；电阻R102的一端与一级电源转换芯片U1的4脚连接；发光二极管LED1的阴极与电阻R104的一端连接；稳压管D1的阳极与发光二极管LED1的阳极连接，稳压管D1的阴极分别与钽电容C106的阳极和二级电源转换芯片U2的输入管脚3脚连接；二级电源转换芯片U2的输出管脚2脚分别与钽电容C107的阳极和瓷片电容C108的一端连接；接口P1的2脚、一级电源转换芯片U1的接地管脚1脚、二级电源转换芯片U2的接地管脚1脚、瓷片电容C103另一端、瓷片电容C104另一端、瓷片电容C105另一端、瓷片电容C108的另一端、电阻R102另一端、电阻R104的另一端、钽电容C101阴极、钽电容C106阴极、钽电容C107的阴极接地。
所述的一级电源转换芯片U1的型号为TPS562209DDCR，二级电源转换芯片U2的型号为SPX1117-3V3。
如图3（a）-3（d）所示，供电选择开关电路包括4个P沟道增强型MOSFETQ1、Q3、Q5和Q7，4个NPN三级管Q2、Q4、Q6和Q8，4个瓷片电容C201、C202、C203和C204，8个电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207、R208；
MOSFETQ1的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ1的栅极与三极管Q2的集电极连接；电阻R201的一端与MOSFETQ1的源极连接，电阻R201的另一端与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的基极与瓷片电容C201的一端和电阻R202的一端连接；
MOSFETQ3的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ3的栅极与三极管Q4的集电极连接；电阻R203的一端与MOSFETQ3的源极连接，电阻R203的另一端与三极管Q4的集电极连接；三极管Q4的基极与瓷片电容C202的一端和电阻R204的一端连接；
MOSFETQ5的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ5的栅极与三极管Q6的集电极连接；电阻R205的一端与MOSFETQ5的源极连接，电阻R205的另一端与三极管Q6的集电极连接；三极管Q6的基极与瓷片电容C203的一端和电阻R206的一端连接；
MOSFETQ7的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ7的栅极与三极管Q8的集电极连接；电阻R207的一端与MOSFETQ7的源极连接，电阻R207的另一端与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极与瓷片电容C204的一端和电阻R208的一端连接；
瓷片电容C201的另一端、C202的另一端、C203的另一端、C204的另一端和三极管Q2的发射极、Q4的发射极、Q6的发射极、Q8的发射极接地。
所述的4个P沟道增强型MOSFETQ1、Q3、Q5和Q7的型号均为IRF9540。
如图4（a）-4（c）所示，电平转换电路包括电平转换芯片U3、U4、U5，5个接口COM1、COM2、COM3、COM4、COM5和12个瓷片电容C301、C302、C303、C304、C305、C306、C307、C308、C309、C310、C311、C312。电平转换芯片U3的接收管脚8脚与接口COM1的3脚连接，电平转换芯片U3的输出管脚7脚与接口COM1的2脚连接，电平转换芯片U3的接收管脚13脚与接口COM2的3脚连接，电平转换芯片U3的输出管脚14脚与接口COM2的2脚连接，电平转换芯片U3的6脚与瓷片电容C301的一端连接，电平转换芯片U3的内部供电管脚2脚与瓷片电容C302的一端连接，电平转换芯片U3的供电管脚16脚分别与瓷片电容C302的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U3的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C304的一端连接，电平转换芯片U3的3脚与瓷片电容C304的另一端连接，电平转换芯片U3的4脚与瓷片电容C303的一端连接，电平转换芯片U3的5脚与瓷片电容C303的另一端连接；
电平转换芯片U4的接收管脚8脚与接口COM3的3脚连接，电平转换芯片U4的输出管脚7脚与接口COM3的2脚连接，电平转换芯片U4的接收管脚13脚与接口COM4的3脚连接，电平转换芯片U4的输出管脚14脚与接口COM4的2脚连接，电平转换芯片U4的6脚与瓷片电容C305的一端连接，电平转换芯片U4的内部供电管脚2脚与瓷片电容C306的一端连接，电平转换芯片U4的供电管脚16脚分别与瓷片电容C306的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U4的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C308的一端连接，电平转换芯片U4的3脚与瓷片电容C308的另一端连接，电平转换芯片U4的4脚与瓷片电容C307的一端连接，电平转换芯片U4的5脚与瓷片电容C307的另一端连接；
电平转换芯片U5的接收管脚8脚与接口COM5的3脚连接，电平转换芯片U5的输出管脚7脚与接口COM5的2脚连接，电平转换芯片U5的6脚与瓷片电容C309的一端连接，电平转换芯片U5的内部供电管脚2脚与瓷片电容C310的一端连接，电平转换芯片U5的供电管脚16脚分别与瓷片电容C310的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U5的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C312的一端连接，电平转换芯片U5的3脚与瓷片电容C312的另一端连接，电平转换芯片U5的4脚与瓷片电容C311的一端连接，电平转换芯片U5的5脚与瓷片电容C311的另一端连接；
接口COM1的1脚与供电选择开关电路中的Q1的漏极连接，接口COM2的1脚与供电选择开关电路中的Q3的漏极连接，接口COM3的1脚与供电选择开关电路中的Q5的漏极连接，接口COM4的1脚与供电选择开关电路中的Q7的漏极连接，接口COM1的4脚、接口COM2的4脚、接口COM3的4脚、接口COM4的4脚、瓷片电容C301的另一端、瓷片电容C305的另一端、瓷片电容C309另一端、电平转换芯片U3的接地管脚15脚、电平转换芯片U4的接地管脚15脚、电平转换芯片U5的接地管脚15脚均接地。
所述的电平转换芯片U3、U4、U5的型号为ADM202E。
如图5所示，倾角采集电路包括加速度计芯片U6和5个电阻R401、R402、R403、R404、R405。加速度计芯片U6的外部供电管脚6脚与电阻R401的一端连接，加速度计芯片U6的片选管脚7脚与电阻R405的一端连接，加速度计芯片U6的串行数据输出管脚12脚与电阻R404的一端连接，加速度计芯片U6的13脚与电阻R403的一端连接，加速度计芯片U6的14脚与电阻R402的一端连接；加速度计芯片U6的1脚、电阻R401的另一端、电阻R402的另一端、电阻R403的另一端、电阻R405的另一端与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的输出管脚2脚连接；加速度计芯片U6的2脚、4脚、5脚、电阻R404的另一端接地。
所述的加速度计芯片U6的型号为ADXL345。
如图6所示，主控电路包括主控芯片U7，3个电阻R501、R502、R503，9个瓷片电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509，4个电机控制接口P3、P4、P5、P6，程序下载与调试接口P7、通讯串口P2、复位键K2、二极管D2、晶振Y1、发光二极管LED2。主控芯片U7的电源输入管脚11脚、21脚、22脚、28脚、50脚、75脚、100脚，瓷片电容C505、C506、C507、C508、C509的一端，电阻R502的一端，程序下载与调试接口P7的4脚和二极管D2的阳极均与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚23脚与电机控制接口P3的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚24脚与电机控制接口P4的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚29脚与电机控制接口P3的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚30脚与电机控制接口P4的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚63脚与电机控制接口P5的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚64脚与电机控制接口P6的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚31脚与电机控制接口P5的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚32脚与电机控制接口P6的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚25脚与通讯串口P2的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚26脚与通讯串口P2的1脚连接；主控芯片U7的I/O管脚68脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的10脚连接，主控芯片U7的I/O管脚69脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的9脚连接，主控芯片U7的I/O管脚47脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的11脚连接，主控芯片U7的I/O管脚48脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的12脚连接，主控芯片U7的I/O管脚78脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的10脚连接，主控芯片U7的I/O管脚79脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的9脚连接，主控芯片U7的I/O管脚80脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的11脚连接，主控芯片U7的I/O管脚83脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的12脚连接；主控芯片U7的I/O管脚72脚与程序下载与调试接口P7的3脚连接，主控芯片U7的I/O管脚76脚与程序下载与调试接口P7的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚37脚与电阻R501的一端连接；主控芯片U7的I/O管脚84脚与供电选择开关电路中R202的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚85脚与供电选择开关电路中R204的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚86脚与供电选择开关电路中R206的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚87脚与供电选择开关电路中R208的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚92脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的14脚连接，主控芯片U7的I/O管脚93脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的13脚连接，主控芯片U7的I/O管脚42脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的8脚连接；主控芯片U7的复位管脚14脚与电阻R502的另一端、复位键K2的一端、瓷片电容C501的一端连接，电阻R502的另一端与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚56脚与电阻R503的一端连接，电阻R503的另一端与发光二极管LED2的阳极连接；主控芯片U7的备用电源管脚6脚与瓷片电容C502的一端、二极管D2的阴极连接；主控芯片U7的晶振输出管脚13脚与瓷片电容C503的一端、晶振Y1的一端连接，主控芯片U7的晶振输入管脚12脚与瓷片电容C504的一端、晶振Y1的另一端连接；主控芯片U7的接地管脚10脚、19脚、27脚、49脚、74脚、94脚、99脚，电阻R501的另一端，复位键K2的另一端，瓷片电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509的另一端，程序下载与调试接口P7的1脚，发光二极管LED2的阴极，通讯串口P2的3脚，电机控制接口P3的3脚、4脚，电机控制接口P4的3脚、4脚，电机控制接口P5的3脚、4脚以及电机控制接口P6的3脚、4脚均接地。
本发明由电源供电电路、电平转换电路、倾角采集电路和主控电路组成。其中电源供电电路主要为本发明的其他电路模块提供+12V、+5V和+3.3V电源；供电选择开关电路主要功能是控制外部4个高度计电源的通断；电平转换电路实现STM32单片机与高度计的通讯的电平转化功能，将外部高度计的RS232电平转换为TTL电平实现与单片机的通讯；倾角采集电路的主要功能是将三轴加速度计采集到的倾角数据通过I2C总线传送给单片机。主控制电路作为本发明的控制中心，实现数据的采集、处理和外部模块的控制等功能。
本发明主要应用在国防安全、海洋科学调查、海洋资源勘探、水下工程、渔业等领域。该电路可以增强深海钻机、海底环境原位监测平台、水下机器人等深海装备的适应能力。这种电路结构简单，可靠性强，便于维护。随着我国海洋技术的大力发展，该电路的应用能够极大地提高海洋调查工作效率，为海洋科学研究领域创造显著的社会效益；同时，也能够明显地提高海洋工程装备能力，创造直接与间接的经济效益。
Claims (8)
1.基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于包括电源供电电路、供电选择开关电路、电平转换电路、倾角采集电路和主控电路，以及外部高度计；
电源供电电路为供电选择开关电路提供+12V的电源输入，为电平转换电路提供+5V的电源输入，为倾角采集电路和主控电路提供+3.3V的电源输入；主控电路通过I/O口控制供电选择开关电路中4路+12V电源的输出，实现外部高度计的开关；外部高度计通过电平转换电路3将RS232电平转换为TTL电平与主控电路连接；主控电路通过内部集成总线与倾角采集电路进行通讯，获得倾角数据；
电源供电电路包括一级电源转换芯片U1，二级电源转换芯片U2，接口P1，5个瓷片电容C102、C103、C104、C105和C108，4个电阻R101、R102、R103、R104，3个钽电容C101、C106、C107；稳压管D1、发光二极管LED1、功率电感L1和开关K1；接口P1的1脚与开关K1的一端相连，开关K1的另一端与U1的3脚连接；一级电源转换芯片U1的3脚为输入端，同时与钽电容C101的正极相连；一级电源转换芯片U1的输出管脚2脚与功率电感L1的一端连接，功率电感L1的另一端分别与电阻R101、电阻R103、瓷片电容C103、瓷片电容C104、瓷片电容C105的一端连接，电阻R101的另一端与一级电源转换芯片U1的反馈管脚4脚连接，电阻R103的另一端与发光二极管LED1的阳极连接；一级电源转换芯片U1的开启信号管脚5脚与一级电源转换芯片U1的输入管脚3脚连接，一级电源转换芯片U1的通道启动管脚6脚与瓷片电容C102的一端连接，瓷片电容C102的另外一端与一级电源转换芯片U1的输出管脚2脚连接；电阻R102的一端与一级电源转换芯片U1的4脚连接；发光二极管LED1的阴极与电阻R104的一端连接；稳压管D1的阳极与发光二极管LED1的阳极连接，稳压管D1的阴极分别与钽电容C106的阳极和二级电源转换芯片U2的输入管脚3脚连接；二级电源转换芯片U2的输出管脚2脚分别与钽电容C107的阳极和瓷片电容C108的一端连接；接口P1的2脚、一级电源转换芯片U1的接地管脚1脚、二级电源转换芯片U2的接地管脚1脚、瓷片电容C103另一端、瓷片电容C104另一端、瓷片电容C105另一端、瓷片电容C108的另一端、电阻R102另一端、电阻R104的另一端、钽电容C101阴极、钽电容C106阴极、钽电容C107的阴极接地；
供电选择开关电路包括4个P沟道增强型MOSFETQ1、Q3、Q5和Q7，4个NPN三级管Q2、Q4、Q6和Q8，4个瓷片电容C201、C202、C203和C204，8个电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207、R208；
MOSFETQ1的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ1的栅极与三极管Q2的集电极连接；电阻R201的一端与MOSFETQ1的源极连接，电阻R201的另一端与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的基极与瓷片电容C201的一端和电阻R202的一端连接；
MOSFETQ3的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ3的栅极与三极管Q4的集电极连接；电阻R203的一端与MOSFETQ3的源极连接，电阻R203的另一端与三极管Q4的集电极连接；三极管Q4的基极与瓷片电容C202的一端和电阻R204的一端连接；
MOSFETQ5的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ5的栅极与三极管Q6的集电极连接；电阻R205的一端与MOSFETQ5的源极连接，电阻R205的另一端与三极管Q6的集电极连接；三极管Q6的基极与瓷片电容C203的一端和电阻R206的一端连接；
MOSFETQ7的漏极与电源供电电路中的开关K1的另一端连接，MOSFETQ7的栅极与三极管Q8的集电极连接；电阻R207的一端与MOSFETQ7的源极连接，电阻R207的另一端与三极管Q8的集电极连接；三极管Q8的基极与瓷片电容C204的一端和电阻R208的一端连接；
瓷片电容C201的另一端、C202的另一端、C203的另一端、C204的另一端和三极管Q2的发射极、Q4的发射极、Q6的发射极、Q8的发射极接地。
2.如权利要求1所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于电平转换电路包括电平转换芯片U3、U4、U5，5个接口COM1、COM2、COM3、COM4、COM5和12个瓷片电容C301、C302、C303、C304、C305、C306、C307、C308、C309、C310、C311、C312；电平转换芯片U3的接收管脚8脚与接口COM1的3脚连接，电平转换芯片U3的输出管脚7脚与接口COM1的2脚连接，电平转换芯片U3的接收管脚13脚与接口COM2的3脚连接，电平转换芯片U3的输出管脚14脚与接口COM2的2脚连接，电平转换芯片U3的6脚与瓷片电容C301的一端连接，电平转换芯片U3的内部供电管脚2脚与瓷片电容C302的一端连接，电平转换芯片U3的供电管脚16脚分别与瓷片电容C302的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U3的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C304的一端连接，电平转换芯片U3的3脚与瓷片电容C304的另一端连接，电平转换芯片U3的4脚与瓷片电容C303的一端连接，电平转换芯片U3的5脚与瓷片电容C303的另一端连接；
电平转换芯片U4的接收管脚8脚与接口COM3的3脚连接，电平转换芯片U4的输出管脚7脚与接口COM3的2脚连接，电平转换芯片U4的接收管脚13脚与接口COM4的3脚连接，电平转换芯片U4的输出管脚14脚与接口COM4的2脚连接，电平转换芯片U4的6脚与瓷片电容C305的一端连接，电平转换芯片U4的内部供电管脚2脚与瓷片电容C306的一端连接，电平转换芯片U4的供电管脚16脚分别与瓷片电容C306的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U4的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C308的一端连接，电平转换芯片U4的3脚与瓷片电容C308的另一端连接，电平转换芯片U4的4脚与瓷片电容C307的一端连接，电平转换芯片U4的5脚与瓷片电容C307的另一端连接；
电平转换芯片U5的接收管脚8脚与接口COM5的3脚连接，电平转换芯片U5的输出管脚7脚与接口COM5的2脚连接，电平转换芯片U5的6脚与瓷片电容C309的一端连接，电平转换芯片U5的内部供电管脚2脚与瓷片电容C310的一端连接，电平转换芯片U5的供电管脚16脚分别与瓷片电容C310的另一端、电源供电电路中发光二极管LED1的阳极连接，电平转换芯片U5的外部电容阳极管脚1脚与瓷片电容C312的一端连接，电平转换芯片U5的3脚与瓷片电容C312的另一端连接，电平转换芯片U5的4脚与瓷片电容C311的一端连接，电平转换芯片U5的5脚与瓷片电容C311的另一端连接；
接口COM1的1脚与供电选择开关电路中的Q1的漏极连接，接口COM2的1脚与供电选择开关电路中的Q3的漏极连接，接口COM3的1脚与供电选择开关电路中的Q5的漏极连接，接口COM4的1脚与供电选择开关电路中的Q7的漏极连接，接口COM1的4脚、接口COM2的4脚、接口COM3的4脚、接口COM4的4脚、瓷片电容C301的另一端、瓷片电容C305的另一端、瓷片电容C309另一端、电平转换芯片U3的接地管脚15脚、电平转换芯片U4的接地管脚15脚、电平转换芯片U5的接地管脚15脚均接地。
3.如权利要求1所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于倾角采集电路包括加速度计芯片U6和5个电阻R401、R402、R403、R404、R405；加速度计芯片U6的外部供电管脚6脚与电阻R401的一端连接，加速度计芯片U6的片选管脚7脚与电阻R405的一端连接，加速度计芯片U6的串行数据输出管脚12脚与电阻R404的一端连接，加速度计芯片U6的13脚与电阻R403的一端连接，加速度计芯片U6的14脚与电阻R402的一端连接；加速度计芯片U6的1脚、电阻R401的另一端、电阻R402的另一端、电阻R403的另一端、电阻R405的另一端与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的输出管脚2脚连接；加速度计芯片U6的2脚、4脚、5脚、电阻R404的另一端接地。
4.如权利要求1所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于主控电路包括主控芯片U7，3个电阻R501、R502、R503，9个瓷片电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509，4个电机控制接口P3、P4、P5、P6，程序下载与调试接口P7、通讯串口P2、复位键K2、二极管D2、晶振Y1、发光二极管LED2；主控芯片U7的电源输入管脚11脚、21脚、22脚、28脚、50脚、75脚、100脚，瓷片电容C505、C506、C507、C508、C509的一端，电阻R502的一端，程序下载与调试接口P7的4脚和二极管D2的阳极均与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚23脚与电机控制接口P3的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚24脚与电机控制接口P4的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚29脚与电机控制接口P3的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚30脚与电机控制接口P4的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚63脚与电机控制接口P5的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚64脚与电机控制接口P6的1脚连接，主控芯片U7的I/O管脚31脚与电机控制接口P5的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚32脚与电机控制接口P6的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚25脚与通讯串口P2的2脚连接，主控芯片U7的I/O管脚26脚与通讯串口P2的1脚连接；主控芯片U7的I/O管脚68脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的10脚连接，主控芯片U7的I/O管脚69脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的9脚连接，主控芯片U7的I/O管脚47脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的11脚连接，主控芯片U7的I/O管脚48脚与电平转换电路中电平转换芯片U3的12脚连接，主控芯片U7的I/O管脚78脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的10脚连接，主控芯片U7的I/O管脚79脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的9脚连接，主控芯片U7的I/O管脚80脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的11脚连接，主控芯片U7的I/O管脚83脚与电平转换电路中电平转换芯片U4的12脚连接；主控芯片U7的I/O管脚72脚与程序下载与调试接口P7的3脚连接，主控芯片U7的I/O管脚76脚与程序下载与调试接口P7的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚37脚与电阻R501的一端连接；主控芯片U7的I/O管脚84脚与供电选择开关电路中R202的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚85脚与供电选择开关电路中R204的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚86脚与供电选择开关电路中R206的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚87脚与供电选择开关电路中R208的另一端连接，主控芯片U7的I/O管脚92脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的14脚连接，主控芯片U7的I/O管脚93脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的13脚连接，主控芯片U7的I/O管脚42脚与倾角采集电路中加速度计芯片U5的8脚连接；主控芯片U7的复位管脚14脚与电阻R502的另一端、复位键K2的一端、瓷片电容C501的一端连接，电阻R502的另一端与电源供电电路中二级电源转换芯片U2的2脚连接；主控芯片U7的I/O管脚56脚与电阻R503的一端连接，电阻R503的另一端与发光二极管LED2的阳极连接；主控芯片U7的备用电源管脚6脚与瓷片电容C502的一端、二极管D2的阴极连接；主控芯片U7的晶振输出管脚13脚与瓷片电容C503的一端、晶振Y1的一端连接，主控芯片U7的晶振输入管脚12脚与瓷片电容C504的一端、晶振Y1的另一端连接；主控芯片U7的接地管脚10脚、19脚、27脚、49脚、74脚、94脚、99脚，电阻R501的另一端，复位键K2的另一端，瓷片电容C501、C502、C503、C504、C505、C506、C507、C508、C509的另一端，程序下载与调试接口P7的1脚，发光二极管LED2的阴极，通讯串口P2的3脚，电机控制接口P3的3脚、4脚，电机控制接口P4的3脚、4脚，电机控制接口P5的3脚、4脚以及电机控制接口P6的3脚、4脚均接地。
5.如权利要求1所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于所述的一级电源转换芯片U1采用TI公司的TPS562209DDCR；二级电源转换芯片U2采用AMS公司的AMS1117。
6.如权利要求2所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于电平转换芯片U3、U4、U5采用ADI公司的ADM202E。
7.如权利要求3所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于加速度计芯片U6采用ADI公司的ADXL345。
8.如权利要求4所述的基于STM32单片机的深海装备着陆控制电路，其特征在于主控芯片U7采用ST公司的STM32F103VCT6。
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