CN111464182A - 一种巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巡检机器人，包括机器人外壳以及设置在其内部的控制电路，控制电路包括驱动电路、电源电路、采集电路、处理器和发射模块，驱动电路、电源电路和采集电路与处理器的输入端连接，发射模块与处理器的输出端连接，其特征在于：处理器的时钟引脚还连接有扩展模块，以将处理器内部时钟模块输出信号的能量扩展到更宽的频带从而减少峰值及其谐波辐射发射。本发明在巡检机器人内部处理器的时钟引脚上连接了扩展模块，以将处理器内部时钟模块输出信号的能量扩展到更宽的频带从而减少峰值及其谐波辐射发射，以减少因为高频时钟信号带来的电磁干扰，避免巡检机器人在传递视频采集图像时，传递至外部的图像带有干涉条纹，图像不清晰的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及巡检机器人技术领域，特别是涉及一种巡检机器人。
背景技术
随着人工智能技术，移动机器人技术，通讯技术等迅速发展，移动综合巡检机器人顺势而成，针对重要单位、场馆、仓库小区等区域，巡检机器人可携带多种安防监控设备在工作区域内进行智能巡视并将画面和数据传输至远端监控系统，便于工作人员及时查看和解决存在的问题。巡检机器人的巡视、传输等功能都是通过其内部的控制电路实现的，而控制电路现在一般都是由数字电路实现的，而数字电路产生的辐射问题会比模拟电路更重，其中时钟电路在数字电路中占有重要位置，但因为时钟电路产生的信号一般都是周期梯形波，其谐波分量都是一基频为倍频的分立频谱，因此时钟电路的辐射频谱也都是分立的，而数字化的信息信号一般都是非周期信号，其辐射谱是连续的宽带谱，因此，时钟电路与信息处理电路的辐射频谱窄带和宽带两种辐射的叠加，频率可以从几兆到数百兆赫兹。如此宽的辐射频率范围，会引起很强的电磁干扰和电磁泄露问题。对于巡检机器人来说，其会在巡检过程中，通过视频采集器采集巡检环境中的图像从而传输至远端监控系统处，而时钟电路在高频工作中产生的电磁干扰会耦合进视频信号中，导致巡检机器人传输的视频信息出现干扰条纹或者图像抖动等弊端，这使得远端监控系统处的工作人员无法准确得知巡检环境中的具体情况，若巡检机器人是用于在电力廊道等高压环境下进行巡检并传输视频图像时，那么由于检测人员无法准确得知高压环境中的情况并及时进行处理，其中的高压泄露等情况便会导致巡检环境中危险情况的发生。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服上述缺陷，提出一种巡检机器人能够降低其高频时钟带来的电磁干扰，避免电磁干扰与视频图像耦合，保证巡检过程中巡检机器人可传递稳定的图像信号。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种巡检机器人，包括机器人外壳以及设置在其内部的控制电路，控制电路包括驱动电路、电源电路、采集电路、处理器和发射模块，驱动电路、电源电路和采集电路与处理器的输入端连接，发射模块与处理器的输出端连接，处理器的时钟引脚还连接有扩展模块，以将处理器内部时钟模块输出信号的能量扩展到更宽的频带从而减少峰值及其谐波辐射发射。
进一步地，所述扩展模块包括分频锁相环和波形器，分频锁相环用于将处理器时钟模块的输出信号进行分频处理，所述分频锁相环包括鉴频鉴相器、电压转换器、环路滤波器、压控振荡器和多模分频器；所述波形器用于产生一个作为扩频调制信号的三角波，便于后期调制分频比。
进一步地，所述电压变化器由MOS管搭建，其包括MOS管M1~M12，所述MOS管M1、MOS管M9的栅极作为该电压变化器的输入端与鉴频鉴相器的输出端UP、DN连接, MOS管M1的漏极连接MOS管M4的漏极、栅极后与MOS管M5的栅极连接，MOS管M1的源极连接至MOS管M3的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M2的栅极连接外部电压-UP，所述MOS管M4的源极与MOS管M5的源极、MOS管M2的漏极、MOS管M7~M8的源极连接后与外部电压连接，MOS管M3的栅极连接至MOS管M6的栅极后与外部偏置电压Vb连接，MOS管M6的漏极连接至MOS管M7的漏极和MOS管M7~M8的栅极，MOS管M8的漏级连接至MOS管M9~M10的漏级，MOS管M10的栅极连接外部信号-DN，MOS管M10的漏极连接MOS管M10的漏极和MOS管M11~M12的栅极，MOS管M12的漏极连接至MOS管M5的漏极，且MOS管M5的漏极还作为该电压变化器的输出端与环路滤波器连接，MOS管M3、MOS管M6、MOS管M9 和MOS管M11~M12的源极均接地。
进一步地，所述波形产生器的输出端还连接有调制器，多模分频器与鉴频鉴相器之间连接有可编程计数器，调制器的输出端与可编程计数器连接，波形发生器通过调制器将该波形产生器产生的三角波进行调制，并将其输出至可编程计数器中，通过多模分频器一起对反馈信号进行倍频调制，并反馈至鉴频鉴相器中。
由于采用了上述方案，本发明的有益效果在于：本发明提出一种巡检机器人，其好处是：
（1）本发明在巡检机器人内部处理器的时钟引脚上连接了扩展模块，以将处理器内部时钟模块输出信号的能量扩展到更宽的频带从而减少峰值及其谐波辐射发射，扩展后的信号使基频和谐波频率中所包含的峰值谱能量相应减小，如此以减少因为高频时钟信号带来的电磁干扰，从而可避免巡检机器人在传递视频采集图像时，电磁干扰信号会与视频图像耦合，导致传递至外部的图像带有干涉条纹，图像不清晰的弊端。
（2）本发明的扩展模块，建立时间短，能够快速的将时钟信号进行扩展，降低高频时钟带来的电磁干扰，保证巡检机器人的数据稳定传输，且通过直接控制电压变化电路中电流的方式，减少了扩展电路中MOS管的使用数目，降低了功耗，且降低了整个扩展模块所占据的制作体积。
（3）本发明的扩展模块中鉴频鉴相器直接与处理器中时钟模块引脚连接，避免了扩展电路还需再连接外部晶振实现时钟信号的输入，降低了外部晶振的不稳定性导致的扩展模块建立时间长的弊端。
附图说明
图1是本发明所述巡检机器人控制电路的结构框图。
图2是本发明所述扩展模块的结构框图。
图3是本发明所述电压变化器和环路滤波器的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例
如图1所示，一种巡检机器人，和现有技术一样，包括机器人外壳以及设置在其内部的控制电路，控制电路包括驱动电路、电源电路、采集电路、处理器和发射模块，驱动电路、电源电路和采集电路与处理器的输入端连接，发射模块与处理器的输出端连接。所述驱动电路用于驱动巡检机器人进行巡检运动，采集电路为设置在机器人外壳上的视频采集器、烟雾报警器等巡检时检测状况的采集器，根据巡检机器人所处的巡检位置不同，其其需要传递不同位置的信息至外部监控处，便于外部工作人员随时了解巡检处的信息，所述电源电路用于为控制电路供电，其一般为全桥整流器和电源模块组成，处理器用于作为整个机器人的中央处理器，处理并通过发射模块输出巡检机器人在电力廊道中采集的信息，便于外部工作人员知道电力廊道中的情况。本实施例中，电源模块的型号为MSR-2805S，发射模块的型号为CJ9912，处理器的型号为STM32F40VET6，所述采集电路、电源电路和发射模块均选用现有巡检机器人常用的电路模块以及采集设备，其结构以及电路连接关系，不是本发明的改进点，所以均未对其改进，可直接沿用现有设备的结构。
本发明的改进点主要是在处理器的时钟输出引脚连接一个扩展模块，以将处理器内部时钟模块输出信号的能量扩展到更宽的频带从而减少峰值及其谐波辐射发射，即采用一个低频的特定波形信号对处理器时钟输出的信号进行频率调制，并能产生一个具有边带谐波的频谱，由此，将普通的窄带周期性系统时钟有意扩展为宽带信号，调制后的信号使基频和谐波频率中所包含的峰值谱能量相应减小，如此以减少因为高频时钟信号带来的电磁干扰，避免出现巡检机器人在传递视频采集图像时，电磁干扰信号会与视频图像耦合，导致传递至外部的图像带有干涉条纹，图像不清晰的弊端。
如图2所示，所述扩展模块包括分频锁相环和波形器，分频锁相环用于将处理器时钟模块的输出信号进行分频处理，波形器用于产生一个作为扩频调制信号的三角波，便于后期调制分频比，以使得通过扩展模块后的信号为可以进行扩展，以消除高频时钟信号带来的电磁干扰，从而保证巡检机器人在传递图像时的稳定性。
所述分频锁相环包括鉴频鉴相器、电压转换器、环路滤波器、多模分频器和压控振荡器，所述鉴频鉴相器的两个输入端分别和时钟模块的输出信号和多模分频器的反馈信号连接，其将两个信号的相位差进行比较，并将此信号值通过其输出端传递至电压变化器的输入端，电压变化器的输出端与环路滤波器的输入端连接，环路滤波器的输出端与压控振荡器连接，通过电压变化器将上述信号值转化为电压信号后通过环路滤波器进行滤波，以消除信号中带有的杂余信号，压控振荡器的输出端做作为该扩展模块的输出引脚，且其输出端还连接有多模分频器，多模分频器的输出端连接至鉴频鉴相器，以对输出信号进行反馈调节。
波形产生器的输出端还连接有调制器，多模分频器与鉴频鉴相器之间连接有可编程计数器，调制器的输出端与可编程计数器连接，波形发生器通过调制器将该波形产生器产生的三角波进行调制，并将其输出至可编程计数器中，通过多模分频器一起对反馈信号进行倍频调制，并反馈至鉴频鉴相器中，以进一步调制压控振荡器的输出信号以实现时钟模块信号的扩展。通过可编程计数器进行倍频调制，使得压控振荡器的输出频率低于了多模分频器的最高工作频率，所以电压变化器在工作状态中产生的过冲信号不会引起扩展模块的失效，且避免了扩展模块工作在中间频段既无法扩展频率的弊端，保证了时钟信号的稳定性。
如图3所示，所述电压变化器由MOS管搭建，其包括MOS管M1~M12，所述MOS管M1、MOS管M9的栅极作为该电压变化器的输入端与鉴频鉴相器的输出端UP、DN连接, MOS管M1的漏极连接MOS管M4的漏极、栅极后与MOS管M5的栅极连接，MOS管M1的源极连接至MOS管M3的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M2的栅极连接外部电压-UP，所述MOS管M4的源极与MOS管M5的源极、MOS管M2的漏极、MOS管M7~M8的源极连接后与外部电压连接，MOS管M3的栅极连接至MOS管M6的栅极后与外部偏置电压Vb连接，MOS管M6的漏极连接至MOS管M7的漏极和MOS管M7~M8的栅极，MOS管M8的漏级连接至MOS管M9~M10的漏级，MOS管M10的栅极连接外部信号-DN，MOS管M10的漏极连接MOS管M10的漏极和MOS管M11~M12的栅极，MOS管M12的漏极连接至MOS管M5的漏极，且MOS管M5的漏极还作为该电压变化器的输出端与环路滤波器连接，MOS管M3、MOS管M6、MOS管M9 和MOS管M11~M12的源极均接地。
所述环路滤波器包括电容C1~C3和电阻R1~R2，电容C1、电阻R1~R2的一端作为环路滤波器的输入端与电压变化器的输出端连接，电阻R2的另一端连接至电容C2的一端，电阻R1的另一端连接至电容C3的一端，电容C1~C3的另一端均接地，电容C3的一端还作为该环路滤波器的输出端与压控振荡器连接。
其中Vb为外部偏置电路提供的偏置电压，UP、DN为鉴频鉴相器的输出信号，-UP、-DN分别对应UP、DN的取反值，这四个控制电压共同完成对电压变化器中电流的控制，当UP为高电平时，MOS管M1基级得高电平，其导通，MOS管M2基级得低电平，其关断，MOS管M3的电流全部流过MOS管M1，该电流通过电流镜完成对外部电容C1的充电；反之，当UP为低电平时，MOS管M2基级得高电平，其导通，MOS管M1基级得低电平，其关断，MOS管M3的电流全部流过MOS管M2，即使得电容C1的充电电流为零，DN的控制和上述流程相同，因此便不再赘述，图中MOS管M3和MOS管M6、MOS管M7和MOS管M8分别是1:1的镜像关系，以保证对电容C1充放电的电流大小一致。通过控制偏置电压Vb，即可控制两个尾电流的大小，进而控制充放电电流的大小，以缩短整个扩展电路的建立启动时间。偏置电压Vb通过常规偏置电路得到，因为鉴频鉴相器的UP、DN信号是连接入偏置电路中的，所以随着鉴频鉴相器的UP、DN的改变，其输出的偏置电压Vb会发生改变，从而改变电容C1的充放电电流大小，即电容C1的充放电速度发生变化，从而可加快整个扩展电路的建立时间。
本发明的扩展模块，建立时间短，能够快速的将时钟信号进行扩展，降低高频时钟带来的电磁干扰，保证巡检机器人的数据稳定传输。且通过直接控制电压变化电路中电流的方式，减少了扩展电路中MOS管的使用数目，降低了功耗，且降低了整个扩展模块所占据的制作体积。且电压转换器外连偏置信号，提高了电压转换器内部MOS管的启动速度，缩短了扩展模块的初始化建立过程。扩展模块中鉴频鉴相器直接与处理器中时钟模块引脚连接，避免了扩展电路还需再连接外部晶振实现时钟信号的输入，降低了外部晶振的不稳定性导致的扩展模块建立时间长的弊端。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种巡检机器人，包括机器人外壳以及设置在其内部的控制电路，控制电路包括驱动电路、电源电路、采集电路、处理器和发射模块，驱动电路、电源电路和采集电路与处理器的输入端连接，发射模块与处理器的输出端连接，其特征在于：处理器的时钟引脚还连接有扩展模块，以将处理器内部时钟模块输出信号的能量扩展到更宽的频带从而减少峰值及其谐波辐射发射。
2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述扩展模块包括分频锁相环和波形器，分频锁相环用于将处理器时钟模块的输出信号进行分频处理，所述分频锁相环包括鉴频鉴相器、电压转换器、环路滤波器、压控振荡器和多模分频器；所述波形器用于产生一个作为扩频调制信号的三角波，便于后期调制分频比。
3.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述电压变化器由MOS管搭建，其包括MOS管M1~M12，所述MOS管M1、MOS管M9的栅极作为该电压变化器的输入端与鉴频鉴相器的输出端UP、DN连接, MOS管M1的漏极连接MOS管M4的漏极、栅极后与MOS管M5的栅极连接，MOS管M1的源极连接至MOS管M3的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M2的栅极连接外部电压-UP，所述MOS管M4的源极与MOS管M5的源极、MOS管M2的漏极、MOS管M7~M8的源极连接后与外部电压连接，MOS管M3的栅极连接至MOS管M6的栅极后与外部偏置电压Vb连接，MOS管M6的漏极连接至MOS管M7的漏极和MOS管M7~M8的栅极，MOS管M8的漏级连接至MOS管M9~M10的漏级，MOS管M10的栅极连接外部信号-DN，MOS管M10的漏极连接MOS管M10的漏极和MOS管M11~M12的栅极，MOS管M12的漏极连接至MOS管M5的漏极，且MOS管M5的漏极还作为该电压变化器的输出端与环路滤波器连接，MOS管M3、MOS管M6、MOS管M9 和MOS管M11~M12的源极均接地。
4.根据权利要求2所述的一种巡检机器人，其特征在于：所述波形产生器的输出端还连接有调制器，多模分频器与鉴频鉴相器之间连接有可编程计数器，调制器的输出端与可编程计数器连接，波形发生器通过调制器将该波形产生器产生的三角波进行调制，并将其输出至可编程计数器中，通过多模分频器一起对反馈信号进行倍频调制，并反馈至鉴频鉴相器中。
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