CN205581642U - 一种基于stm32的无人艇自适应舵机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，包括用于获取位置信息的GPS定位模块，用于采集航向偏差角度的角度传感器，用于获取步进电机转动角度信息的绝对值编码器，用于根据GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的信息发送控制指令给电机驱动模块的STM32控制模块，用于驱动步进电机的电机驱动模块，用于STM32控制模块的远程通讯的无线通讯模块，以及为STM32控制模块和步进电机供电的电源模块。本实用新型在复杂的水面环境中，消除风、浪等干扰因素，在指定航线上航行，更好地对无人艇舵机进行控制，提高无人艇航行的安全性和可靠性；同时STM32控制模块价格低廉，成本低，提高经济效益。
Description
技术领域
本实用新型属于舵机控制领域，具体涉及一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统。
背景技术
无人艇具有智能、无人员伤亡等优点，在军事方面可以拓展作战范围；在民用方面可执行恶劣天气下海上搜寻行动、水文探测、气象探测等。随着通信技术、人工智能等新技术、新理念的迅速发展,电动舵机的研究有了科技支撑，带动了船舶领域的新一次舵机技术发展。虽然电动舵机技术在航空航天领域已经得到了较充分的应用，但由于应用场合不同，电动舵机在船舶上的应用还存在较多的技术难点，目前国内水面无人艇的研究还处于起步阶段，无人艇的安全性和可靠性不高，无法自适应环境进行航行，与西方发达国家相比存在很大差距，需要进一步开展此方面的研究。
在环境复杂的河道水面上，船体易受风、浪等因素对船体航线的干扰，使无人艇改变预先设定的航向，不能在指定航道精确行进到目的地点，造成经济效益的巨大损失；同时无人艇的成本较高，无法大范围的推广使用。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，在复杂的水面环境中，能消除风、浪等因素的干扰，并且降低成本。
本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，其特征在于：它包括用于获取位置信息的GPS定位模块，用于采集航向偏差角度的角度传感器，用于获取步进电机转动角度信息的绝对值编码器，用于根据GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的信息发送控制指令给电机驱动模块的STM32控制模块，用于驱动步进电机的电机驱动模块，用于STM32控制模块的远程通讯的无线通讯模块，以及为STM32控制模块和步进电机供电的电源模块；其中，
所述的GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的输出端分别与所述的STM32控制模块的输入端连接，STM32控制模块的输出端与所述的电机驱动模块的输入端连接，所述的无线通讯模块与STM32控制模块的通讯端口连接，电源模块通过电机驱动模块与步进电机连接，电源模块通过DC-DC电源隔离模块与STM32控制模块连接。
按上述方案，它还包括摄像头模块，与所述的STM32控制模块的输入端连接。
按上述方案，所述的STM32控制模块与电机驱动模块之间还设有光耦隔离电路，光耦隔离电路的两端分别电气隔离。
本实用新型的有益效果为：
1、通过获取舵机的位置，根据航向偏差角度信息，分析当前航向偏差，根据预设的地理信息计算出合适的电机转动角度控制舵机做相应的动作，进行方向调整，加入绝对值编码器反馈步进电机转动角度给STM32控制模块，从而消除因步进电机失步所造成的误差，能够提供更精确的控制；通过无线通讯模块可以让上位机远程查看和控制STM32控制模块；本实用新型在复杂的水面环境中，消除风、浪等干扰因素，在指定航线上航行，更好地对无人艇舵机进行控制，提高无人艇航行的安全性和可靠性；同时STM32控制模块价格低廉，成本低，提高经济效益。
2、通过增加摄像头模块，能将在无人艇上捕获的水面图像信息传送给STM32控制模块，并通过无线通讯模块传送给上位机，及时规避航线上出现的障碍，保障无人艇的安全航行。
3、通过增加光耦隔离电路，可以很好的实现驱动器与单片机的电气隔离，有效防止驱动器上的干扰信号，从而提高系统的抗干扰能力；光耦隔离电路的两边进行电气隔离，实现真正意义上完全的电气隔离，提高控制模块的稳定性与安全性，否则无法起到隔离效果。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的硬件结构示意图。
图2为光耦隔离电路图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本实用新型做进一步说明。
本实用新型提供一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，如图1所示，它包括用于获取位置信息的GPS定位模块，用于采集航向偏差角度的角度传感器（本实施例选用MPU6050角度传感器），用于获取步进电机转动角度信息的绝对值编码器，用于根据GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的信息发送控制指令给电机驱动模块的STM32控制模块，用于驱动步进电机的电机驱动模块，用于STM32控制模块的远程通讯的无线通讯模块，以及为STM32控制模块和步进电机供电的电源模块；其中，所述的GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的输出端分别与所述的STM32控制模块的输入端连接，STM32控制模块的输出端与所述的电机驱动模块的输入端连接，所述的无线通讯模块与STM32控制模块的通讯端口连接，电源模块通过电机驱动模块与步进电机连接，电源模块通过DC-DC电源隔离模块与STM32控制模块连接。
优选的，它还包括摄像头模块，与所述的STM32控制模块的输入端连接。
进一步优选的，所述的STM32控制模块与电机驱动模块之间还设有光耦隔离电路，如图2所示，光耦隔离电路的两端分别电气隔离。
本实施例中，STM32控制模块是基于STM32的硬件平台，集成协调各模块工作的相应控制程序。角度传感器实时采集航向角度数据反馈给STM32控制模块，由STM32控制模块计算后，将控制信息传送给电机驱动模块。同时GPS 定位模块给STM32控制模块提供实时的经纬度信息，由STM32控制模块将控制信息发给电机驱动模块。无线通讯模块可以实时远程控制STM32控制模块，将STM32控制模块收集的数据传送给上位机，并将上位机发出的指令传送STM32控制模块，完成信息的交互。
在无人艇航行时，由GPS定位模块、角度传感器分别实时将位置信息、航向数据通过无线通讯模块传输给STM32控制模块，该模块针对出现的航向偏差，由该控制模块控制无人艇作相应的舵机动作，进行航向调整。由于舵机是由步进电机组成，加入绝对值编码器反馈电机转角给STM32控制模块，消除因步进电机失步所造成的误差，能够提供更精确的控制。
本系统还包括设置在无人艇的摄像头模块，通过无线通讯模块将采集的图像信息传送给上位机，实现人机交互，及时发现并规避水上障碍物，提高无人艇在水上航行的安全性。该无人艇舵机控制系统实时将相关数据传输至上位机，并根据STM32控制模块的计算结果自动调整无人艇的舵机，修改航向，可以在复杂的水面环境中，消除风、浪等干扰因素，更好地对无人艇舵机进行控制，提高无人艇航行的安全性和可靠性，精确的指定航线上航行，同时降低成本，提高经济效益。
本实施例中电源隔离为二，其一直接与电机驱动模块连接，为电机供电；其二用DC-DC电源隔离模块降压至5V后，为STM32控制模块供电。控制模块的STM32单片机的输出控制引脚经光耦隔离电路接到电机驱动模块ENABLE引脚，可以很好的实现驱动器与单片机的电气隔离，有效防止驱动器上的干扰信号，从而提高系统的抗干扰能力。光耦隔离电路的两边进行电气隔离，实现真正意义上完全的电气隔离，提高控制模块的稳定性与安全性，否则无法起到隔离效果。
以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，其特征在于：它包括用于获取位置信息的GPS定位模块，用于采集航向偏差角度的角度传感器，用于获取步进电机转动角度信息的绝对值编码器，用于根据GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的信息发送控制指令给电机驱动模块的STM32控制模块，用于驱动步进电机的电机驱动模块，用于STM32控制模块的远程通讯的无线通讯模块，以及为STM32控制模块和步进电机供电的电源模块；其中，
所述的GPS定位模块、角度传感器和绝对值编码器的输出端分别与所述的STM32控制模块的输入端连接，STM32控制模块的输出端与所述的电机驱动模块的输入端连接，所述的无线通讯模块与STM32控制模块的通讯端口连接，电源模块通过电机驱动模块与步进电机连接，电源模块通过DC-DC电源隔离模块与STM32控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，其特征在于：它还包括摄像头模块，与所述的STM32控制模块的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于STM32的无人艇自适应舵机控制系统，其特征在于：所述的STM32控制模块与电机驱动模块之间还设有光耦隔离电路，光耦隔离电路的两端分别电气隔离。
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