CN205497502U - 新型机器人通用主控板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型机器人通用主控板，包括主控单元；与主控单元信号输出一端连接的IO输出单元；与主控单元双向连接的通讯单元和总线单元；以及信号输出一端连接主控单元的电源单元、防撞条输入单元、障碍物检测单元、电池电压检测单元、IO输入单元、模拟信号输入单元。本实用新型接口丰富，预留了很多接口，且易扩展接口，实用性强，同时信息处理能力强，速度快，接口简单，生产成本低。

Description

新型机器人通用主控板

技术领域

本实用新型涉及主控板领域，尤其是涉及一种新型机器人通用主控板。

背景技术

随着机器人、工业5.0、中国制造2025的蓬勃发展，对通用主控的性能、丰富的接口等要求日益迫切，然而市场上通用主控板很少见，切性能比较弱，也不开源，已经无法适应市场的发展。

目前国内的主控板普遍采用微处理器为ATMEGA1280或STM32F103，性能比较弱，处理速度慢，微处理器主频低，计算能力差，程序存储空间少，已无法满足市场的需求，且接口极少，不易扩展，实用性差。已经不能满足市场上服务机器人和工业AGV的功能需求。

ATMEGA1280：主频16M，程序存储空间128KB，不带数字信号处理功能，接口少，各项性能很弱。

STM32F103：主频72M，程序最大存储空间512KB，不带数字信号处理功能，接口少，性能一般。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种处理速度快、接口丰富、实用性强的新型机器人通用主控板。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种新型机器人通用主控板，其特征在于：包括主控单元；

与主控单元信号输出一端连接的IO输出单元；

与主控单元双向连接的通讯单元和总线单元；

以及信号输出一端连接主控单元的电源单元、防撞条输入单元、障碍物检测单元、电池电压检测单元、IO输入单元、模拟信号输入单元。

本实用新型设计巧妙，接口丰富，易扩展，处理能力强、速度快，存储容量大，实用性强，且使用的安全性高，且接口简单，制造方便，生产成本低，实用方便。

进一步地，所述电源单元包括可连接外部电源的防反接电路、与防反接电路连接的DCDC降压电路及连接DCDC降压电路的稳压滤波电路，该稳压滤波电路信号输出一端连接所述主控单元。该设置增强电源输入的稳定性，同时防止因电源接反而损坏主控板。

进一步地，所述防撞条输入单元、障碍物检测单元及IO输入单均包括带信号输入端的开关、二极管及第一电阻，所述二极管负极连接开关，正极连接第一电阻，二极管负极接地，二极管处还并联一第二电阻，第一电阻连接一电容后接地，第一电阻还具有一连接主控单元的信号输出端。当没有接输入或输入接高电平，不管输入电压是3.3V还是100V，输入二极管都不会导通，由于输出上拉电阻的作用，输出高电平，当输入低电平0V时，输入二极管导通，输出低电平，输出前端的电阻和电容，是对输入信号的低通滤波，具有抗干扰作用。此电路的巧妙设计既实现了高低电平的检测，又起到了隔离的作用，而且功耗低，电路简单，节省了空间，又降低了成本。

进一步地，所述障碍物检测单元和IO输入单元还包括连接主控单元的5V电源输出电路。可以给外接传感器等设备供电。

进一步地，所述电池电压检测单元包括依次串联的100k电阻、10k电阻及电容滤波电路，所述电容滤波电路连接所述主控单元。电流经100k电阻、10k电阻分压后，再经电容滤波后传至主控单元7，主控单元7的模拟参考电源接的3.3V，电阻分压缩小了11倍，那么电池电压最高输入可到36.3V，实用性更强。

进一步地，所述IO输出单元包括ULN2003驱动电路及串联于ULN2003驱动电路信号输出一端的自动恢复保险丝，主控单元输出端连接到ULN2003驱动电路信号输入一端。带自恢复保险丝，保护输出，可用于接三色指示灯、电磁阀、继电器等外部设备。

进一步地，所述主控单元包括主控芯片及连接于主控芯片上的外围电路电源滤波电路、复位电路、晶振电路、SWD烧写程序接口。

进一步地，所述模拟信号输入单元包括可连接外部设备的插接件和连接所述插接件与主控单元之间的低通阻容滤波电路、外设供电输出电容滤波电路。方便接外部设备，如夏普的模拟量输出的测距传感器，以及模拟量输出的超声波传感器等。每路模拟信号经滤波处理后到主控单元，由于主控芯片功能强大，利用其自带的模数转换DMA结构，完全不用程序的干预，即可完成电池电压检测单元和模拟输入单元信号的采集。

进一步地，所述通讯单元包括连接主控单元的RS232通讯电路、连接RS232通讯电路的防冲击保护电路及连接防冲击保护电路的通讯接口。RS232通讯电路接口丰富，可用于接无线通讯模块、蓝牙控制模块、RFID定位模块、导航传感器、触摸屏、笑脸模块、电机驱动器、音乐播放器等，实用性更强。

进一步地，所述总线单元包括CAN总线接口。接口如果不够，可通过CAN接口不断扩展。

综上所述，本实用新型接口丰富，预留了很多接口，且易扩展接口，实用性强，同时信息处理能力强，速度快，接口简单，生产成本低。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的障碍物检测单元电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1-2所示，一种新型机器人通用主控板，包括主控单元7、IO输出单元6、总线单元9、通讯单元10、电源单元1、防撞条输入单元2、障碍物检测单元3、电池电压检测单元4、IO输入单元5、IO输出单元6、模拟信号输入单元8。所述IO输出单元6与主控单元7信号输出一端连接。所述通讯单元10、总线单元9均与主控单元7双向连接。所述电源单元1、防撞条输入单元2、障碍物检测单元3、电池电压检测单元4、IO输入单元5、模拟信号输入单元8均与主控单元7信号输出一端连接。

具体的，所述电源单元1包括防反接电路、DCDC降压电路及稳压滤波电路。防反接电路可连接外部电源信号输出一端，DCDC降压电路信号与防反接电路信号输出一端连接，稳压滤波电路连接DCDC降压电路信号输出一端，该稳压滤波电路信号输出一端连接所述主控单元7。电源单元1的输入电压范围为8到37V，输出电压为5V和3.3V，其电源管理芯片为LM2596-5.0和AMS1117-3.3组成。具备防反接输入保护，板载电源丰富，有5V和3.3V输出。

如图2所示，所述防撞条输入单元2、障碍物检测单元3及IO输入单元5均包括带信号输入端的开关K1、二极管D1及第一电阻R1，所述二极管D1负极连接开关K1，正极连接第一电阻R1，二极管D1负极接地，二极管D1处还并联一第二电阻R2，第一电阻R1连接一电容C1后接地，第一电阻R1还具有一连接主控单元7的信号输出端。所述障碍物检测单元3和IO输入单元5还包括连接主控单元7的5V电源输出电路，该5V电源输出电路可给外界设备供电。所述外界设备为5V的红外光电开关或触摸开关。当没有接输入或输入接高电平，不管输入电压是3.3V还是100V，输入二极管都不会导通，由于输出上拉电阻的作用，输出高电平，当输入低电平0V时，输入二极管导通，输出低电平，输出前端的电阻和电容，是对输入信号的低通滤波，具有抗干扰作用。此电路的巧妙设计既实现了高低电平的检测，又起到了隔离的作用，而且功耗低，电路简单，节省了空间，又降低了成本。IO输入单元5输入可根据实际需要接启动、停止按钮，以及其它开光量型号，并且IO输入单元5接口上引出了5V电源，也可接传感器，如5V的红外光电开关或触摸开关，作为传感器信号的输入。

具体的，所述电池电压检测单元4包括依次串联的100k电阻、10k电阻及电容滤波电路，所述电容滤波电路连接所述主控单元7。电流经过100k电阻和10k电阻分压后，再经电容滤波后传至主控单元7，主控单元7的模拟参考电源接的3.3V，电阻分压缩小了11倍，那么电池电压最高输入可到36.3V。

所述IO输出单元6包括ULN2003驱动电路及串联于ULN2003驱动电路信号输出一端的自动恢复保险丝，ULN2003驱动电路信号输入一端连接主控单元7。自动恢复保险丝输出可接继电器、电磁阀、小功率直流电机、三色警示灯等。

所述主控单元7包括主控芯片及连接于主控芯片上的外围电路电源滤波电路、复位电路、晶振电路、SWD烧写程序接口。外围电路电源滤波电路直接连接于主控芯片上的电源输入引脚、复位电路直接连接于主控芯片上的复位引脚、晶振电路直接连接于主控芯片上的晶振连接引脚、SWD烧写程序接口直接连接于主控芯片上的SWD烧写程序引脚。所述主控芯片为STM32F407具体为STM32F407VGT6，程序最大容量1MB，先进的Cortex-M4内核，较强的浮点运算能力，增强的DSP处理指令 。程序存储空间可达1MB。极致的运行速度，主频可达168M，以168MHz高速运行时可达到210DMIPS的处理能力。

所述模拟信号输入单元8包括插接件和低通阻容滤波电路、外设供电输出电路，插接件可连接外部设备，低通阻容滤波电路、外设供电输出电路连接于所述插接件与主控单元7之间。

所述通讯单元10包括RS232通讯电路、防冲击保护电路及通讯接口。RS232通讯电路连接主控单元7，防冲击保护电路连接RS232通讯电路，防冲击保护电路连接通讯接口。通讯单元10由6路RS232电路及对应的保护电路组成，RS232电路主要采用SP3232芯片，SP3232芯片相比传统的MA232芯片可靠性更强，且低功耗。输出保护电路，主要串了一个电阻，可防止RS232通讯电路的冲击。服务机器人对RS232的通讯接口较多，实际需要可接1路无线通讯（WIFI或无线数传）、1路RFID定位、1路导航、1路触摸屏、1路电机控制驱动器（驱动器可选多路控制的）、1路音乐报警器等。

所述总线单元9包括CAN总线接口。总线单元9包括1路TI的VP230，VP230是CAN总线芯片，通过CAN总线扩展，最多可达110路。

在本实施例中，所述防撞输入单元为1路，障碍物检测单元为2路、电池电压检测单元为1路、IO输入单元为6路，IO输出单元为7路、模拟信号输入单元为5路、通讯检测单元为6路、总线单元为1路，而在其他实施例中也可设置成其他数量的线路。

本实用新型具备下述优点：

1、微处理器采用32位，处理器计算能力强，处理速度快，程序容量大；

2、主控板接口更丰富，能满足市场上大多机器人的应用需求；

3、主控板实用性强，针对行业设计，如接口丰富防撞条输入接口、障碍物检测输入接口、多路IO信号输入和输出接口、电池电压检测几口、多路模拟信号输入接口、6路RS232通讯接口，通过路CAN总线接口易扩展、实用性强。

4、采用主控芯片为STM32F407，程序最大容量1MB，先进的Cortex-M4内核，较强的浮点运算能力，增强的DSP处理指令 。程序存储空间可达1MB。极致的运行速度，主频可达168M，以168MHz高速运行时可达到210DMIPS的处理能力。

5、本实用新型性能强、接口丰富、稳定性好，可靠性强，还可以开源的机器人主控板，加速行业的发展，加快机器人研发企业的研发进度，提升产品的可靠性，降低机器人研发企业的研发成本。

主控板接口丰富，预留了很多接口，实用性强。接口优点如下：

1、电源单元具备防反接输入保护，板载电源丰富，有5V和3.3V输出；

2、障碍物检测单元可接服务机器上用的触摸开关；

3、IO输入单元可接停止、启动按钮等或传感器输入信号；

4、电池电压检测单元可省去了电池电量显示装置；

5、IO输出单元，每路都带自恢复保险丝，保证输出不损坏，可用于接三色指示灯、电磁阀、继电器等外部设备；

6、模拟信号输入接口用于接带模拟量接口的避障传感器，做程控避障用；

7、通讯单元接口丰富，可用于接无线通讯模块、蓝牙控制模块、RFID定位模块、导航传感器、触摸屏、笑脸模块、电机驱动器、音乐播放器等。

8、总线单元，在接口不够时，可通过CAN总线接口不断扩展。

巧妙的设计，输入接口，即使接入高电平信号为3.3V、24V、40V，甚至100V都能判断出高电平，也不会烧坏输入点。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种新型机器人通用主控板，其特征在于：包括主控单元（7）；与主控单元（7）信号输出一端连接的IO输出单元（6）；与主控单元（7）双向连接的通讯单元（10）和总线单元（9）；以及信号输出一端连接主控单元（7）的电源单元（1）、防撞条输入单元（2）、障碍物检测单元（3）、电池电压检测单元（4）、IO输入单元（5）、模拟信号输入单元（8）。

2.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述电源单元（1）包括可连接外部电源的防反接电路、与防反接电路连接的DCDC降压电路及连接DCDC降压电路的稳压滤波电路，该稳压滤波电路信号输出一端连接所述主控单元（7）。

3.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述防撞条输入单元（2）、障碍物检测单元（3）及IO输入单元（5）均包括带信号输入端的开关（K1）、二极管（D1）及第一电阻（R1），所述二极管（D1）负极连接开关（K1），正极连接第一电阻（R1），二极管（D1）负极接地，二极管（D1）处还并联一第二电阻（R2），第一电阻（R1）连接一电容（C1）后接地，第一电阻（R1）还具有一连接主控单元（7）的信号输出端。

4.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述障碍物检测单元（3）和IO输入单元（5）还包括连接主控单元（7）的5V电源输出电路。

5.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述电池电压检测单元（4）包括依次串联的100k电阻和10k电阻及电容滤波电路，所述电容滤波电路连接所述主控单元（7）。

6.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述IO输出单元（6）包括ULN2003驱动电路及串联于ULN2003驱动电路信号输出一端的自动恢复保险丝，主控单元（7）输出端连接到ULN2003驱动电路信号输入一端。

7.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述主控单元（7）包括主控芯片及连接于主控芯片上的外围电路电源滤波电路、复位电路、晶振电路、SWD烧写程序接口。

8.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述模拟信号输入单元（8）包括可连接外部设备的插接件和连接所述插接件与主控单元（7）之间的低通阻容滤波电路、外设供电输出电容滤波电路。

9.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述通讯单元（10）包括连接主控单元（7）的RS232通讯电路、连接RS232通讯电路的防冲击保护电路及连接防冲击保护电路的通讯接口。

10.根据权利要求1所述的新型机器人通用主控板，其特征在于：所述总线单元（9）包括CAN总线接口。