CN117725020A - 一种Arduino Mini Robot开发板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ArduinoMiniRobot开发板，涉及开发板技术领域，其技术方案要点是：包括PCB板，并在PCB板上集成有ATMEGA328P‑AU主控芯片、下载接口、电源接口、LED模块、按键模块、拨码开关、电源输出模块、电机驱动模块、OLED接口、蓝牙模块接口、NRF24L01模块接口、ICSP接口舵机接口、直流电机接口、扩展接口、数字引脚接口、模拟引脚接口和其它接口。其在保留主流的ArduinoUNOR3开发板所有引脚的同时，还集成了各种外部资源，以便学习时使用，解决了以往通过插接杜邦线而导致一团乱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及开发板技术领域，更具体地说，它涉及一种Arduino Mini Robot开发板。
背景技术
Arduino是当前主流的开源硬件开发板，为使用者提供了一种便捷地制作硬件原型的途径。
Arduino版本众多，且各个版本都有各自独立的使用场景，例如，Arduino UNO体积大，接脚完整，适合硬件原型的制作；Arduino nano体积小，可以方便的和其他硬件结合使用，但是制作原型不方便；且都是通过插接杜邦线进行连接，插接的杜邦线太多容易导致线路过多而出现杜邦线乱成一团不方便进行使用的问题。
因此，本申请提出了一种更符合我们日常使用习惯的功能与布局，集安全性、稳定性、可扩展性以及便捷性于一身的Arduino Mini Robot开发板。
发明内容
本发明的目的是提供一种Arduino Mini Robot开发板，以解决上述技术问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种Arduino MiniRobot开发板，包括PCB板，并在所述PCB板上集成有ATMEGA328P-AU主控芯片、下载接口、电源接口、LED模块、按键模块、拨码开关、电源输出模块、电机驱动模块、OLED接口、蓝牙模块接口、NRF24L01模块接口、ICSP接口舵机接口、直流电机接口、扩展接口、数字引脚接口、模拟引脚接口和其它接口。
本发明进一步设置为：所述下载接口包括USB-B接口和Type-C接口，用于下载程序、供电以及与计算机进行串口通信。
本发明进一步设置为：所述电源接口包括DC接口、VIN接口、5V 5A接口、USB接口。
本发明进一步设置为：所述拨码开关为2组2路拨码开关，一组用于控制小电流舵机USB电源开关和串口接口使能，分别连接到USB电源和模拟开关芯片，用来控制仅USB供电时舵机电源的通断以及控制D0、D1两个硬件串口引脚的通断；另一组拨码开关用于控制按钮的触发信号。
本发明进一步设置为：所述电源输出模块包括一颗5V 5A的开关电源芯片，为一些大电流外设提供5V电源，连接到舵机接口，用于舵机驱动。
本发明进一步设置为：电机驱动模块包括4组集成在PCB板上的A4950直流电机驱动，输入电压9-12V，每组电机输出电压等于输入电压，最大电流为2A，具有正反转、滑动以及刹车功能。
本发明进一步设置为：所述舵机接口为在PCB板两侧边上分别放置的两组舵机输出引脚，用于控制舵机或机械臂，至多4路舵机。
本发明进一步设置为：所述扩展接口包括2组硬件IIC引脚、2组硬件串口引脚、2组GND接口与5V 1A接口。
本发明进一步设置为：所述数字引脚接口为13路数字引脚接口，所述模拟引脚接口为8路模拟引脚接口。
本发明进一步设置为：所述其它接口包括3.3V接口、RESET引脚接口、IOREF引脚接口和AREF接口。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.开发板额外添加了Type-C接口，不受传统数据线的限制，使下载与调试程序更方便。
2.板载多个电路保护元件，可防止过流、反接、浪涌以及开发板反向输出电压而损坏计算机的问题。
3.D13引脚与D3引脚集成LED，可用于表示电平信号与PWM。
4.集成D2、D3两路中断的外部上下拉电路，通过拨码开关选择，用于学习中断触发或电平信号读取。
5.集成串口使能控制开关，解决D0与D1串口引脚外接设备时需要拔掉设备才能下载程序的问题。
6.集成舵机USB电源开关，在无大电源接入时可给小电流舵机供电。
7.集成了5V 5A大电流稳压芯片，引出的4*3P接口可为舵机供电，舵机数量可达4个。
8.集成四路最大12V 2A的直流电机驱动芯片，高性能且使用稳定，连接到板载的4路硬件PWM引脚，通过软件定时器可实现附加的4路PWM信号输出，便于设计小车或机器人结构。
9.板载NRF24L01模块直插接口、OLED显示屏接口、蓝牙模块接口，可更加方便的实现各种功能。
10.额外提供了2组硬件IIC、硬件串口以及5V电源引脚，避免外接多个设备时引脚接口数量不足问题。
附图说明
图1是本发明实施例Arduino Mini Robot开发板示意图；
图2是本发明实施例开发板ATMEGA328P-AU主控芯片；
图3是本发明实施例开发板下载接口；
图4是本发明实施例开发板电源接口；
图5是本发明实施例6颗0805LED；
图6是本发明实施例3颗贴片按键；
图7是本发明实施例2组2路拨码开关；
图8是本发明实施例5V 5A电源输出；
图9是本发明实施例4路A4950直流电机驱动；
图10是本发明实施例IIC OLED接口；
图11是本发明实施例蓝牙模块接口；
图12是本发明实施例NRF24L01模块接口；
图13是本发明实施例ICSP接口；
图14是本发明实施例舵机接口；
图15是本发明实施例直流电机接口；
图16是本发明实施例IIC、串口等扩展接口；
图17是本发明实施例13路数字引脚接口；
图18是本发明实施例8路模拟引脚。
图中：1、ATMEGA328P-AU主控芯片；2、数字引脚；3、蓝牙接口；4、NRF24L01模块接口；5、ICSP接口；6、舵机3和4接口；7、串口使能开关和舵机USB电源开关；8、IIC OLED接口；9、4路直流电机接口；10、中断触发控制；11、舵机1和2接口；12、IIC窜口扩展；13、5V 5A电源；14、模拟引脚；15、电源输出；16、5V 1A和3.3V 1A电源；17、12V电源输出；18、Type-C接口；19、USB-B接口；20、复位按钮；21、LED；22、中断按钮。
具体实施方式
以下结合附图1-18对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种Arduino Mini Robot开发板，如图1-图18所示，包括PCB板，并在所述PCB板上集成有ATMEGA328P-AU主控芯片、下载接口、电源接口、LED模块、按键模块、拨码开关、电源输出模块、电机驱动模块、OLED接口、蓝牙模块接口、NRF24L01模块接口、ICSP接口、舵机接口、直流电机接口、扩展接口、数字引脚接口、模拟引脚接口和其它接口。
ATMEGA328P-AU主控芯片采用AVR作为核心处理器，其功能如下：
内核规格：8位
速度：20MHz
连接能力：I2 C，SPI，UART/USART
外设：欠压检测/复位，POR，PWM，WDT
数字：I/O数14
模拟：I/O数8
程序存储容量：32KB(16Kx16)
程序存储器类型：闪存
EEPROM容量：1Kx8
RAM大小：2Kx8
电压-供电(Vcc/Vdd)：1.8V～5.5V
数据转换器：A/D8x10b
振荡器类型：内部
封装/外壳：32-TQFP
开发板的下载接口为USB-B接口，用于下载程序、供电以及与计算机进行串口通信，同时额外添加了Type-C接口，使用更加便捷。
接口仅允许通过稳定的5V电压，后经过开发板保险限流500mA，以防止外设电流过大对计算机造成损坏。接口有电压防倒灌设计，仅允许外部向开发板提供电源，可防止由于外设原因产生过大电压而对计算机造成损坏。
开发板电源供电有4种方式：
1.DC接口；2.VIN接口；3.5V接口；4.USB接口。
其中VIN引脚以及5V引脚均在开发板模拟引脚一侧。
DC接口与VIN接口一致，电压范围为7-12V，但在用到电机驱动时为保证工作正常，电压范围需缩小至9-12V，推荐使用12V。
5V接口在给开发板供电时需输入稳定的5V电压，而在使用其他接口供电时该引脚可向外输出5V电源，可用于外设供电。板载的下载接口除下载程序外也可用于给开发板供电，电压为5V，电流最大500mA。
板载共6颗0805封装LED指示灯，其分别连接到：
1.D13引脚与GND
可用于表示数字信号，高电平点亮；
2.D3引脚与GND
可用于表示PWM信号，高电平点亮；
3.RX(D0)引脚与VCC
表示串口接收信号，低电平点亮；
4.TX(D1)引脚与VCC
表示串口发送信号，低电平点亮；
5.VCC与GND
表示开发板电源指示灯；
6.5V 5A舵机电源VCC与GND
表示舵机电源指示灯；
板载3颗贴片按键：
RESET按钮置于程序下载接口旁，用于系统复位；
INT0按钮置于数字引脚一侧，连接到D2引脚，给中断0提供触发；
INT1按钮置于数字引脚一侧，连接到D3引脚，给中断1提供触发。
2组2路拨码开关：
一组用于控制舵机USB电源和串口接口使能，分别连接到USB电源和模拟开关芯片，可以用来控制无大电源接入时USB舵机供电以及控制D0、D1两个硬件串口引脚的通断。
在不影响SPI和中断引脚的情况下优先分配仅剩的4个硬件PWM引脚，即两组电机控制引脚：D5-D6以及D9-D10，在用于两轮小车驱动时优先接入这两组引脚。另外再接入两组引脚：A0-A1以及A2-A3，通过软件定时器的方式使这4路引脚输出PWM以扩展出4路电机驱动。
在平时使用时，经常需要外接用到串口通信的模块，此时硬件串口D0、D1被模块占用，若不将其断开的话经常会导致程序下载失败，而反复拔插线路又会显得很麻烦，于是此开发板上设计了串口使能开关。打开串口使能开关时，可正常通过串口连接外设，需要下载程序时，可将开关关闭下载完成后再开启即可，无需拔掉外设线路，大大省去了这些繁琐的过程。
另一组拨码开关用于控制INT0和INT1两颗按钮的触发信号。开启时两颗按键均为为按下输入低电平，关闭时按下则输入高电平。
板载了一颗5V 5A的稳压芯片，可为一些大电流外设提供5V电源，连接到四个舵机输出接口，可用于舵机驱动。
开发板集成了4组A4950直流电机驱动，输入电压需在9-12V，每组电机输出电压等于输入电压，最大电流为2A，支持正反转、滑动以及刹车功能。
IIC OLED接口，该接口连接到开发板硬件IIC引脚A4(SDA)以及A5(SCL)，可以直插IIC的4针OLED显示屏。
蓝牙模块接口，该接口连接到开发板的硬件串口D0、D1，可直插HC-05蓝牙模块。
NRF24L01模块接口，该接口连接到开发板的硬件SPI引脚D13(SCK)、D12(MISO)、D11(MOSI)以及两个数字引脚D8(CSN)和D7(CE)。
使用NRF24L01时舵机3与舵机4两路信号引脚被占用，此时仅能使用舵机1、2。且要使用无线通信功能，须有两块或以上主控。
ICSP接口，与传统Arduino开发板一致，连接到硬件SPI引脚和复位引脚，用于设定出厂配置或下载程序。
舵机接口，在开发板两侧边上分别放置了两组舵机输出引脚，用于控制舵机或机械臂，4路舵机，控制引脚分别为：D3、D4、D7、D8，其线序均为舵机标准线序：2.54mm间距，[信号线-VCC-GND]，舵机可直插。
直流电机接口，电机输出为4组，放置2.54mm*2P接口，可焊接XH2.54端子座，并且均预留了一组矩形焊盘，可直接焊接电机引脚。4组控制引脚已标注。
IIC、串口等扩展接口，在开发板模拟输入接口旁预留了2组硬件IIC引脚、2组硬件串口引脚以及2组
GND与5V接口，在使用sg90这类小电流舵机时可打开USB_SERVO_PWR拨码开关，即可在不外接DC 7-12V电源时使用USB电源驱动舵机。
13路数字引脚接口，与Arduino UNO数字引脚D0-D13一致，其中D0、D1为硬件串口，D3、D5、D6、D9、D10、D11引脚支持PWM输出，但Arduino Mini Robot开发板摒弃了传统UNO D7和D8引脚之间的非标准2.54mm引脚间距，改为连续的2.54mm引脚间距，便于扩展。
8路模拟引脚，模拟引脚也同样兼容传统UNO A0-A5，可输入模拟信号的同时也支持输出数字信号，其中A4、A5为迎接IIC。模拟引脚与电源引脚之间同样也为2.54mm间距，并且预留了ATMEGA328P-AU主控芯片的A6、A7引脚，可在特殊情况下用于烧录NANO固件后使用。
其它接口，5V接口在其他接口供电的情况下可向外提供5V电源，也可以此引脚向开发板供电，要求稳定的5V电源；3.3V同样向外提供3.3V电源；GND接地，也可理解为电源负极；RESET引脚为开发板复位引脚，低电平复位；IOREF引脚向外输出5V的一个参考电压；AREF可输入参考电压，用于控制模拟引脚的输入电压。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：包括PCB板，并在所述PCB板上集成有ATMEGA328P-AU主控芯片、下载接口、电源接口、LED模块、按键模块、拨码开关、电源输出模块、电机驱动模块、OLED接口、蓝牙模块接口、NRF24L01模块接口、ICSP接口舵机接口、直流电机接口、扩展接口、数字引脚接口、模拟引脚接口和其它接口。
2.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述下载接口包括USB-B接口和Type-C接口，用于下载程序、供电以及与计算机进行串口通信。
3.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述电源接口包括DC接口、VIN接口、5V5A接口、USB接口。
4.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述拨码开关为2组2路拨码开关，一组用于控制小电流舵机USB电源开关和串口接口使能，分别连接到USB电源和模拟开关芯片，用来控制仅USB供电时舵机电源的通断以及控制D0、D1两个硬件串口引脚的通断；另一组拨码开关用于控制按钮的触发信号。
5.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述电源输出模块包括一颗5V5A的开关电源芯片，为一些大电流外设提供5V电源，连接到舵机接口，用于舵机驱动。
6.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：电机驱动模块包括4组集成在PCB板上的A4950直流电机驱动，输入电压9-12V，每组电机输出电压等于输入电压，最大电流为2A，具有正反转、滑动以及刹车功能。
7.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述舵机接口为在PCB板两侧边上分别放置的两组舵机输出引脚，用于控制舵机或机械臂，至多4路舵机。
8.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述扩展接口包括2组硬件IIC引脚、2组硬件串口引脚、2组GND接口与5V1A接口。
9.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述数字引脚接口为13路数字引脚接口，所述模拟引脚接口为8路模拟引脚接口。
10.根据权利要求1所述的一种ArduinoMiniRobot开发板，其特征是：所述其它接口包括3.3V接口、RESET引脚接口、IOREF引脚接口和AREF接口。
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