CN209657128U - 一种滚球平衡控制模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滚球平衡控制模块，包括滚球平台和控制模块，滚球平台包括底盘、载球平台和连接杆，连接杆与载球平台的底部铰接，底盘上安装有第一电机和第二电机，所述载球平台的底部设置有第一连杆和第二连杆，第一连杆与第一电机传动连接，所述第二连杆与第二电机传动连接，载球平台的四角设置有第一红外光电传感器、第二红外光电传感器、第三红外光电传感器和第四红外光电传感器，控制模块包括ARM微控制器和电机驱动模块。本实用新型结构简单，采用ARM微控制器进行控制，IO资源较较多便于扩展，响应速度快，且能准确识别滚球的位置，快速调节滚球快速在载球平台上处于平衡。

Description

一种滚球平衡控制模块

技术领域

本实用新型属于滚球平衡技术领域，具体涉及一种滚球平衡控制模块。

背景技术

目前的滚球平衡控制模块的还存在一些问题：

第一，滚球平衡控制模块采用STC89C52单片机进行控制，STC89C52单片机的IO资源较小，不利于扩展；

第二，滚球平衡控制模块中采用摄像头识别滚球的位置，且摄像头容易受光线、抖动等外界环境的影响，易造成识别不准确；

第三，滚球平衡控制模块中采用两个单片机进行滚球位置识别和调节，成本较高。

因此，现如今缺少一种结构简单、成本低、设计合理的滚球平衡控制模块，采用ARM微控制器进行控制，IO资源较较多便于扩展，响应速度快，且能准确识别滚球的位置，快速调节滚球快速在载球平台上处于平衡。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种滚球平衡控制模块，其结构简单，设计合理，成本低，采用ARM微控制器进行控制，IO资源较较多便于扩展，响应速度快，且能准确识别滚球的位置，快速调节滚球快速在载球平台上处于平衡，实用性强。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种滚球平衡控制模块，其特征在于：包括滚球平台和控制模块，所述滚球平台包括底盘、供滚球滚动的载球平台和安装在底盘上且供载球平台安装的连接杆，所述底盘上安装有第一电机和第二电机，所述载球平台的底部设置有带动载球平台长边沿竖直方向上下移动的第一连杆和带动载球平台宽边沿竖直方向上下移动的第二连杆，所述第一连杆与第一电机传动连接，所述第二连杆与第二电机传动连接，所述载球平台的四角设置有第一红外光电传感器、第二红外光电传感器、第三红外光电传感器和第四红外光电传感器，所述第一红外光电传感器发射的红外线沿载球平台的一个长边边缘布设，所述第三红外光电传感器发射的红外线沿载球平台的另一个长边边缘布设，所述第二红外光电传感器发射的红外线沿载球平台的一个宽边边缘布设，所述第四红外光电传感器发射的红外线沿载球平台的另一个宽边边缘布设；

所述控制模块包括ARM微控制器和电机驱动模块，所述电机驱动模块包括第一电机驱动模块和第二电机驱动模块，所述第一电机驱动模块的输出端与第一电机的输入端连接，所述第二电机驱动模块的输出端与第二电机的输入端连接，所述第一红外光电传感器、第二红外光电传感器、第三红外光电传感器和第四红外光电传感器的输出端均与ARM微控制器的输入端相接，所述ARM微控制器为STM32F103ZET6微控制器。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第一电机驱动模块包括型号为DRV8825的驱动芯片DR1，所述第一电机为电机M1，所述驱动芯片DR1的第1引脚与电容C1的一端相接，所述驱动芯片DR1的第2引脚与电容C1的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第3引脚分五路，第一路与电容C4的一端相接，第二路与电阻R3的一端相接，第三路通过电容C2接地，第四路与12V电源输出端相接，第五路通过电容C3接地；所述驱动芯片DR1的第4引脚分两路，一路与电容C4的另一端相接，另一路与电阻R3的另一端相接；所述驱动芯片DR1的第5引脚与电机M1第一绕组的一端相接，所述驱动芯片DR1的第6引脚通过电阻R5接地，所述驱动芯片DR1的第7引脚与电机M1第一绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第8引脚与电机M1第二绕组的一端相接，所述驱动芯片DR1的第9引脚通过电阻R8接地，所述驱动芯片DR1的第10引脚与电机M1第二绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第11引脚分两路，一路通过电容C6接地，另一路与12V电源输出端相接；所述驱动芯片DR1的第12引脚和第13引脚的连接端分两路，一路通过电阻R10与3.3V电源输出端相接，另一路通过电阻R11接地；所述驱动芯片DR1的第14引脚接地，所述驱动芯片DR1的第15引脚分两路，一路与3.3V电源输出端相接，另一路通过电容C7接地；所述驱动芯片DR1的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚依次与ARM微控制器的PA11引脚、PA10引脚、PA8引脚、PA7引脚、PA6引脚、PA5引脚、PA4引脚、PA14引脚、PA13引脚相接，所述驱动芯片DR1的第18引脚分两路，一路通过电阻R9与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PA9引脚相接；所述驱动芯片DR1的第27引脚分两路，一路通过电阻R1与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PA12引脚相接；所述驱动芯片DR1的第28引脚接地。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第二电机驱动模块包括型号为DRV8825的驱动芯片DR2，所述第二电机为电机M2，所述驱动芯片DR2的第1引脚与电容C8的一端相接，所述驱动芯片DR2的第2引脚与电容C8的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第3引脚分五路，第一路与电容C11的一端相接，第二路与电阻R17的一端相接，第三路通过电容C9接地，第四路与12V电源输出端相接，第五路通过电容C10接地；所述驱动芯片DR2的第4引脚分两路，一路与电容C11的另一端相接，另一路与电阻R17的另一端相接；所述驱动芯片DR2的第5引脚与电机M2第一绕组的一端相接，所述驱动芯片DR2的第6引脚通过电阻R19接地，所述驱动芯片DR2的第7引脚与电机M2第一绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第8引脚与电机M2第二绕组的一端相接，所述驱动芯片DR2的第9引脚通过电阻R21接地，所述驱动芯片DR2的第10引脚与电机M2第二绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第11引脚分两路，一路通过电容C12接地，另一路与12V电源输出端相接；所述驱动芯片DR2的第12引脚和第13引脚的连接端分两路，一路通过电阻R25与3.3V电源输出端相接，另一路通过电阻R26接地；所述驱动芯片DR2的第14引脚接地，所述驱动芯片DR2的第15引脚分两路，一路与3.3V电源输出端相接，另一路通过电容C13接地；所述驱动芯片DR2的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚依次与ARM微控制器的PB11引脚、PB10引脚、PB8引脚、PB13引脚、PB12引脚、PB5引脚、PB4引脚、PB3引脚、PB2引脚相接，所述驱动芯片DR2的第18引脚分两路，一路通过电阻R22与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PB9引脚相接；所述驱动芯片DR2的第27引脚分两路，一路通过电阻R16与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PB1引脚相接；所述驱动芯片DR2的第28引脚接地。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述连接杆的顶端设置有球头，所述球头上套设有万向球头支座，所述万向球头支座上设置有与载球平台固定连接的水平板；

所述第一连杆的顶端设置有与载球平台的一个长边固定连接的第一连接板，所述第二连杆的顶端设置有与载球平台的一个宽边固定连接的第二连接板。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述底盘上设置有L安装架，所述L安装架上设置有摄像头，所述摄像头位于载球平台上方，所述摄像头与ARM微控制器相接。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述摄像头为OV7670摄像头，所述OV7670摄像头的XCLK与24M晶振U6的OUT引脚相接，所述OV7670摄像头的PCLK引脚、VSYNC引脚和HREF引脚分别与ARM微控制器的PA1、PA2和PA3引脚相接，所述OV7670摄像头的D0引脚-D7引脚分别与ARM微控制器的PF0-PF7引脚相接，所述OV7670摄像头的PESET引脚分两路，一路经电阻R32与2.8V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PF10引脚相接，所述OV7670摄像头的PWDN引脚经电阻R33接地，所述OV7670摄像头的SIO-C引脚与ARM微控制器的PF8引脚相接，所述OV7670摄像头的SIO-D引脚与ARM微控制器的PF9引脚相接，所述OV7670摄像头的DGND引脚和AGND引脚均接地，所述OV7670摄像头的DOVDD引脚分两路，一路与2.8V电源输出端相接，另一路经电容C16接地；所述OV7670摄像头的DVDD引脚分两路，一路与1.8V电源输出端相接，另一路经电容C15接地；所述OV7670摄像头的AVDD引脚分两路，一路与2.8V电源输出端相接，另一路经电容C14接地；所述24M晶振U6的第1引脚经电阻R28接2.8V电源输出端，所述24M晶振U6的第2引脚接地，所述24M晶振U6的第4引脚接2.8V电源输出端。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第一红外光电传感器的输出端通过第一光耦隔离转换电路与ARM微控制器相接，所述第二红外光电传感器的输出端通过第二光耦隔离转换电路与ARM微控制器相接，所述第三红外光电传感器的输出端通过第三光耦隔离转换电路与ARM微控制器相接，所述第四红外光电传感器的输出端通过第四光耦隔离转换电路与ARM微控制器相接。

上述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第一光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U2，所述芯片U2的阳极通过电阻R4与5V电源输出端相接，所述芯片U2的阴极与三极管Q1的集电极相接，三极管Q1的基极通过电阻R6与第一红外光电传感器的输出端相接，三极管Q1的发射极接地，所述芯片U2的集电极分两路，一路通过电阻R2与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PC0引脚相接；所述芯片U2的发射极通过电阻R7接地；

所述第二光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U3，所述芯片U3的阳极通过电阻R13与5V电源输出端相接，所述芯片U3的阴极与三极管Q2的集电极相接，三极管Q2的基极通过电阻R14与第二红外光电传感器的输出端相接，三极管Q2的发射极接地，所述芯片U3的集电极分两路，一路通过电阻R12与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PC1引脚相接；所述芯片U3的发射极通过电阻R15接地；

所述第三光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U4，所述芯片U4的阳极通过电阻R20与5V电源输出端相接，所述芯片U4的阴极与三极管Q3的集电极相接，三极管Q3的基极通过电阻R23与第三红外光电传感器的输出端相接，三极管Q3的发射极接地，所述芯片U4的集电极分两路，一路通过电阻R18与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的引脚相接；所述芯片U4发射极通过电阻R24接地；

所述第四光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U5，所述芯片U5的阳极通过电阻R29与5V电源输出端相接，所述芯片U5的阴极与三极管Q4的集电极相接，三极管Q4的基极通过电阻R30与第四红外光电传感器的输出端相接，三极管Q4的发射极接地，所述芯片U5的集电极分两路，一路通过电阻R27与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器的PC3引脚相接；所述芯片U5发射极通过电阻R31接地。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用ARM微控制器进行控制，运行速度快，片上资源丰富，具有的外围接口较多，便于外部扩展，灵活性高，响应速度快，从而能快速调节滚球快速在载球平台上处于平衡。

2、本实用新型通过设置第一红外光电传感器、第二红外光电传感器、第三红外光电传感器和第四红外光电传感器，当滚球滚动到载球平台上的边缘时，第一红外光电传感器、第二红外光电传感器、第三红外光电传感器或者第四红外光电传感器发射的红外线被遮挡，从而使第一红外光电传感器、第二红外光电传感器、第三红外光电传感器或者第四红外光电传感器输出低电平信号至ARM微控制器，说明滚球滚动到载球平台上的边缘，从而实现滚球位置的识别，避免采用摄像头受光线、抖动等外界环境的影响，提高了滚球位置识别的准确形。

3、本实用新型设置第一电机和第二电机，且第一连杆与第一电机传动连接，所述第二连杆与第二电机传动连接，避免利用推杆直线电机中的电推杆推动载球平台上下移动，第一电机的转动通过第一连杆带动载球平台长边沿竖直方向上下移动，第二电机的转动通过第二连杆带动载球平台宽边沿竖直方向上下移动，实现滚球在载球平台上的滚动，以使滚球在载球平台上处于平衡。

综上所述，本实用新型设计结构简单，设计合理，成本低，采用ARM微控制器进行控制，IO资源较较多便于扩展，响应速度快，且能准确识别滚球的位置，快速调节滚球快速在载球平台上处于平衡，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中除去L形安装架和摄像头后的主视图。

图3为本实用新型的电路原理框图。

图4为本实用新型第一电机驱动模块与第一电机的电路原理图。

图5为本实用新型第二电机驱动模块与第二电机的电路原理图。

图6为本实用新型摄像头的电路原理图。

图7为本实用新型第一光耦隔离转换电路的电路原理图。

图8为本实用新型第二光耦隔离转换电路的电路原理图。

图9为本实用新型第三光耦隔离转换电路的电路原理图。

图10为本实用新型第四光耦隔离转换电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—载球平台； 2—连接杆； 3—底盘；

4—第一电机； 5—第二电机； 6—第二连杆；

6-1—第二连接板； 7—第一连杆； 7-1—第一连接板；

8—滚球； 9—ARM微控制器； 10—键盘；

11—显示屏； 12—第一电机驱动模块； 13—第二电机驱动模块；

14-1—第一红外光电传感器； 14-2—第二红外光电传感器；

14-3—第三红外光电传感器； 14-4—第四红外光电传感器；

15—摄像头； 16—L安装架； 17—球头；

18—万向球头支座； 19—水平板。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实用新型包括滚球平台和控制模块，所述滚球平台包括底盘3、供滚球8滚动的载球平台1和安装在底盘3上且供载球平台1安装的连接杆2，所述底盘3上安装有第一电机4和第二电机5，所述载球平台1的底部设置有带动载球平台1长边沿竖直方向上下移动的第一连杆7和带动载球平台1宽边沿竖直方向上下移动的第二连杆6，所述第一连杆7与第一电机4传动连接，所述第二连杆6与第二电机5传动连接，所述载球平台1的四角设置有第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2、第三红外光电传感器14-3和第四红外光电传感器14-4，所述第一红外光电传感器14-1发射的红外线沿载球平台1的一个长边边缘布设，所述第三红外光电传感器14-3发射的红外线沿载球平台1的另一个长边边缘布设，所述第二红外光电传感器14-2发射的红外线沿载球平台1的一个宽边边缘布设，所述第四红外光电传感器14-4发射的红外线沿载球平台1的另一个宽边边缘布设；

所述控制模块包括ARM微控制器9和电机驱动模块，所述电机驱动模块包括第一电机驱动模块12和第二电机驱动模块13，所述第一电机驱动模块12的输出端与第一电机4的输入端连接，所述第二电机驱动模块13的输出端与第二电机5的输入端连接，所述第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2、第三红外光电传感器14-3和第四红外光电传感器14-4的输出端均与ARM微控制器9的输入端相接，所述ARM微控制器9为STM32F103ZET6微控制器。

如图4所示，本实施例中，所述第一电机驱动模块12包括型号为DRV8825的驱动芯片DR1，所述第一电机4为电机M1，所述驱动芯片DR1的第1引脚与电容C1的一端相接，所述驱动芯片DR1的第2引脚与电容C1的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第3引脚分五路，第一路与电容C4的一端相接，第二路与电阻R3的一端相接，第三路通过电容C2接地，第四路与12V电源输出端相接，第五路通过电容C3接地；所述驱动芯片DR1的第4引脚分两路，一路与电容C4的另一端相接，另一路与电阻R3的另一端相接；所述驱动芯片DR1的第5引脚与电机M1第一绕组的一端相接，所述驱动芯片DR1的第6引脚通过电阻R5接地，所述驱动芯片DR1的第7引脚与电机M1第一绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第8引脚与电机M1第二绕组的一端相接，所述驱动芯片DR1的第9引脚通过电阻R8接地，所述驱动芯片DR1的第10引脚与电机M1第二绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第11引脚分两路，一路通过电容C6接地，另一路与12V电源输出端相接；所述驱动芯片DR1的第12引脚和第13引脚的连接端分两路，一路通过电阻R10与3.3V电源输出端相接，另一路通过电阻R11接地；所述驱动芯片DR1的第14引脚接地，所述驱动芯片DR1的第15引脚分两路，一路与3.3V电源输出端相接，另一路通过电容C7接地；所述驱动芯片DR1的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚依次与ARM微控制器9的PA11引脚、PA10引脚、PA8引脚、PA7引脚、PA6引脚、PA5引脚、PA4引脚、PA14引脚、PA13引脚相接，所述驱动芯片DR1的第18引脚分两路，一路通过电阻R9与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PA9引脚相接；所述驱动芯片DR1的第27引脚分两路，一路通过电阻R1与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PA12引脚相接；所述驱动芯片DR1的第28引脚接地。

如图5所示，本实施例中，所述第二电机驱动模块13包括型号为DRV8825的驱动芯片DR2，所述第二电机5为电机M2，所述驱动芯片DR2的第1引脚与电容C8的一端相接，所述驱动芯片DR2的第2引脚与电容C8的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第3引脚分五路，第一路与电容C11的一端相接，第二路与电阻R17的一端相接，第三路通过电容C9接地，第四路与12V电源输出端相接，第五路通过电容C10接地；所述驱动芯片DR2的第4引脚分两路，一路与电容C11的另一端相接，另一路与电阻R17的另一端相接；所述驱动芯片DR2的第5引脚与电机M2第一绕组的一端相接，所述驱动芯片DR2的第6引脚通过电阻R19接地，所述驱动芯片DR2的第7引脚与电机M2第一绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第8引脚与电机M2第二绕组的一端相接，所述驱动芯片DR2的第9引脚通过电阻R21接地，所述驱动芯片DR2的第10引脚与电机M2第二绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第11引脚分两路，一路通过电容C12接地，另一路与12V电源输出端相接；所述驱动芯片DR2的第12引脚和第13引脚的连接端分两路，一路通过电阻R25与3.3V电源输出端相接，另一路通过电阻R26接地；所述驱动芯片DR2的第14引脚接地，所述驱动芯片DR2的第15引脚分两路，一路与3.3V电源输出端相接，另一路通过电容C13接地；所述驱动芯片DR2的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚依次与ARM微控制器9的PB11引脚、PB10引脚、PB8引脚、PB13引脚、PB12引脚、PB5引脚、PB4引脚、PB3引脚、PB2引脚相接，所述驱动芯片DR2的第18引脚分两路，一路通过电阻R22与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PB9引脚相接；所述驱动芯片DR2的第27引脚分两路，一路通过电阻R16与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PB1引脚相接；所述驱动芯片DR2的第28引脚接地。

如图2所示，本实施例中，所述连接杆2的顶端设置有球头17，所述球头17上套设有万向球头支座18，所述万向球头支座18上设置有与载球平台1固定连接的水平板19；

所述第一连杆7的顶端设置有与载球平台1的一个长边固定连接的第一连接板7-1，所述第二连杆6的顶端设置有与载球平台1的一个宽边固定连接的第二连接板6-1。

如图1所示，本实施例中，所述底盘3上设置有L安装架16，所述L安装架16上设置有摄像头15，所述摄像头15位于载球平台1上方，所述摄像头15与ARM微控制器9相接。

如图6所示，本实施例中，所述摄像头15为OV7670摄像头，所述OV7670摄像头的XCLK与24M晶振U6的OUT引脚相接，所述OV7670摄像头的PCLK引脚、VSYNC引脚和HREF引脚分别与ARM微控制器9的PA1、PA2和PA3引脚相接，所述OV7670摄像头的D0引脚-D7引脚分别与ARM微控制器9的PF0-PF7引脚相接，所述OV7670摄像头的PESET引脚分两路，一路经电阻R32与2.8V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PF10引脚相接，所述OV7670摄像头的PWDN引脚经电阻R33接地，所述OV7670摄像头的SIO-C引脚与ARM微控制器9的PF8引脚相接，所述OV7670摄像头的SIO-D引脚与ARM微控制器9的PF9引脚相接，所述OV7670摄像头的DGND引脚和AGND引脚均接地，所述OV7670摄像头的DOVDD引脚分两路，一路与2.8V电源输出端相接，另一路经电容C16接地；所述OV7670摄像头的DVDD引脚分两路，一路与1.8V电源输出端相接，另一路经电容C15接地；所述OV7670摄像头的AVDD引脚分两路，一路与2.8V电源输出端相接，另一路经电容C14接地；所述24M晶振U6的第1引脚经电阻R28接2.8V电源输出端，所述24M晶振U6的第2引脚接地，所述24M晶振U6的第4引脚接2.8V电源输出端。

本实施例中，所述第一红外光电传感器14-1的输出端通过第一光耦隔离转换电路与ARM微控制器9相接，所述第二红外光电传感器14-2的输出端通过第二光耦隔离转换电路与ARM微控制器9相接，所述第三红外光电传感器14-3的输出端通过第三光耦隔离转换电路与ARM微控制器9相接，所述第四红外光电传感器14-4的输出端通过第四光耦隔离转换电路与ARM微控制器9相接。

如图7、图8、图9和图10所示，本实施例中，所述第一光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U2，所述芯片U2的阳极通过电阻R4与5V电源输出端相接，所述芯片U2的阴极与三极管Q1的集电极相接，三极管Q1的基极通过电阻R6与第一红外光电传感器14-1的输出端相接，三极管Q1的发射极接地，所述芯片U2的集电极分两路，一路通过电阻R2与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PC0引脚相接；所述芯片U2的发射极通过电阻R7接地；

所述第二光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U3，所述芯片U3的阳极通过电阻R13与5V电源输出端相接，所述芯片U3的阴极与三极管Q2的集电极相接，三极管Q2的基极通过电阻R14与第二红外光电传感器14-2的输出端相接，三极管Q2的发射极接地，所述芯片U3的集电极分两路，一路通过电阻R12与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PC1引脚相接；所述芯片U3的发射极通过电阻R15接地；

所述第三光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U4，所述芯片U4的阳极通过电阻R20与5V电源输出端相接，所述芯片U4的阴极与三极管Q3的集电极相接，三极管Q3的基极通过电阻R23与第三红外光电传感器14-3的输出端相接，三极管Q3的发射极接地，所述芯片U4的集电极分两路，一路通过电阻R18与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的引脚相接；所述芯片U4发射极通过电阻R24接地；

所述第四光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U5，所述芯片U5的阳极通过电阻R29与5V电源输出端相接，所述芯片U5的阴极与三极管Q4的集电极相接，三极管Q4的基极通过电阻R30与第四红外光电传感器14-4的输出端相接，三极管Q4的发射极接地，所述芯片U5的集电极分两路，一路通过电阻R27与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器9的PC3引脚相接；所述芯片U5发射极通过电阻R31接地。

本实施例中，所述ARM微控制器9为芯片STM32F103ZET6，其功耗低，且具有丰富的IO设备和外部接口，便于其他模块的扩展和连接，采用单一ARM微控制器9实现滚球控制，成本低。

本实施例中，因为ARM微控制器9上电，ARM微控制器9的IO端口默认为高电平，因此设置第一光耦隔离转换电路，是为了将第一红外光电传感器14-1的输出端输出的高电平转换为低电平，便于ARM微控制器9识别；设置第二光耦隔离转换电路，是为了将第二红外光电传感器14-2的输出端输出的高电平转换为低电平，便于ARM微控制器9识别；设置第三光耦隔离转换电路，是为了将第三红外光电传感器14-3的输出端输出的高电平转换为低电平，便于ARM微控制器9识别；设置第四光耦隔离转换电路，是为了将第四红外光电传感器14-4的输出端输出的高电平转换为低电平，便于ARM微控制器9识别。

本实施例中，OV7670摄像头是OV公司生产的一颗COMS VGA图像传感器，提供单片VGA摄像头和影响处理的所有功能，可以输出各种分辨率的8位影像数据。该产品图像最高可以达30帧/秒，而且具有体积小、工作电压低，图像质量高等优点。

本实施例中，第一电机驱动模块12和第二电机驱动模块13均包括型号为DRV8825的驱动芯片，其输入电压范围为8.2V-45V,内部的导通电阻保证了芯片良好的热稳定性。同时驱动芯片还集成了短路、过热、欠压及交叉传导保护电路，能够检测故障状况并迅速切断H桥，从而为电机和驱动芯片提供保护。

本实施例中，具体实施时，ARM微控制器9通过给第一电机驱动模块12和第二电机驱动模块13中MODE0引脚、MODE1引脚和MODE2引脚输出高低电平，从而实现不同的工作模式调节，可以起到改善振动降低噪音的作用，同时提高了稳定性和精度。

本实施例中，具体实施时，所述第一电机4和第二电机5均为57BYG250步进电机，其电机线圈采用纯铜漆包线、铜线排布均匀，电机升温地，长时间运载不会出现变形和噪音等问题。

本实施例中，设置第一电机4和第二电机5，且第一连杆7与第一电机4传动连接，所述第二连杆6与第二电机5传动连接，第一电机4的转动通过第一连杆7带动载球平台1的一个长边沿竖直方向上下移动，第二电机5的转动通过第二连杆6带动载球平台1的另一个宽边沿竖直方向上下移动，实现滚球在载球平台上的滚动，以使滚球8在载球平台1上处于平衡。

本实施例中，第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2第三红外光电传感器14-3和第四红外光电传感器14-4均是型号为E3F-DS30C4的红外光电传感器，其为NPN-NO型，当没有信号触发时，输出端是悬空的。当有信号触发时，输出端输出高电平，高电平信号光耦隔离转换电路转换为低电平发送至ARM微控制器9。其主要是利用滚球8滚动过程中，当第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2第三红外光电传感器14-3或者第四红外光电传感器14-4发射的红外光束被滚球8遮挡，第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2第三红外光电传感器14-3或者第四红外光电传感器14-4检测到滚球8即检测到滚球8处于载球平台1的某一个边缘，第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2第三红外光电传感器14-3或者第四红外光电传感器14-4分别通过第一光耦隔离转换电路、第二光耦隔离转换电路、第三光耦隔离转换电路或者第四光耦隔离转换电路转换为低电平给ARM微控制器9，便于ARM微控制器9通过电机驱动模块调节第一电机4和第二电机5，以使载球平台1上的滚球8处于平衡。

本实施例中，连接杆2的设置，是为了与载球平台1调节，便于在第一电机4和第二电机5的转动下调节载球平台1上的滚球8处于平衡；球头17的设置，是为了万向球头支座18的安装，以使万向球头支座18能绕所述球头17摆动，实现载球平台1的远离万向球头支座18的一个长边和另一个宽边沿竖直方向上下移动，以使滚球8在载球平台1上处于平衡。

本实用新型使用时，将滚球8放置在载球平台1上，滚球8在载球平台1上滚动的过程中，当第一红外光电传感器14-1发射的红外线被滚球8遮挡，第一红外光电传感器14-1通过第一光耦隔离转换电路输出低电平信号至ARM微控制器9，则第一红外光电传感器14-1检测到滚球8处于载球平台1的一个长边边缘，或者当第二红外光电传感器14-2发射的红外线被滚球8遮挡，第二红外光电传感器14-2通过第二光耦隔离转换电路输出低电平信号至ARM微控制器9，则第二红外光电传感器14-2检测到滚球8处于载球平台1的一个宽边边缘，或者当第三红外光电传感器14-3发射的红外线被滚球8遮挡，第三红外光电传感器14-3通过第三光耦隔离转换电路输出低电平信号至ARM微控制器9，则第三红外光电传感器14-3检测到滚球8处于载球平台1的另一个长边边缘，或者当第四红外光电传感器14-4发射的红外线被滚球8遮挡，第四红外光电传感器14-4通过第四光耦隔离转换电路输出低电平信号至ARM微控制器9，则第四红外光电传感器14-4检测到滚球8处于载球平台1的另一个宽边边缘，从而通过第一红外光电传感器14-1、第二红外光电传感器14-2、第三红外光电传感器14-3或者第四红外光电传感器14-4，说明滚球滚动到载球平台的边缘，实现滚球位置的识别，避免采用摄像头受光线、抖动等外界环境的影响，提高了滚球位置识别的准确形。

当滚球8滚动到载球平台1的边缘，ARM微控制器9通过第一电机驱动模块12带动第一电机4转动，第一电机4的转动通过第一连杆7带动载球平台1的一个长边沿竖直方向上下移动倾斜，ARM微控制器9通过第二电机驱动模块13带动第二电机5转动，第二电机5的转动通过第二连杆6带动载球平台1的另一个宽边沿竖直方向上下移动倾斜，第一电机4和第二电机5带动载球平台1倾斜，实现滚球8在载球平台上1的滚动，从而确保滚球8在载球平台上1上处于平衡。在调节滚球8在载球平台上1上处于平衡的过程中，通过摄像头15对滚球8的调节过程进行拍摄，并发送至ARM微控制器9，便于ARM微控制器9控制显示屏进行显示，从而便于直观感受。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种滚球平衡控制模块，其特征在于：包括滚球平台和控制模块，所述滚球平台包括底盘(3)、供滚球(8)滚动的载球平台(1)和安装在底盘(3)上且供载球平台(1)安装的连接杆(2)，所述底盘(3)上安装有第一电机(4)和第二电机(5)，所述载球平台(1)的底部设置有带动载球平台(1)长边沿竖直方向上下移动的第一连杆(7)和带动载球平台(1)宽边沿竖直方向上下移动的第二连杆(6)，所述第一连杆(7)与第一电机(4)传动连接，所述第二连杆(6)与第二电机(5)传动连接，所述载球平台(1)的四角设置有第一红外光电传感器(14-1)、第二红外光电传感器(14-2)、第三红外光电传感器(14-3)和第四红外光电传感器(14-4)，所述第一红外光电传感器(14-1)发射的红外线沿载球平台(1)的一个长边边缘布设，所述第三红外光电传感器(14-3)发射的红外线沿载球平台(1)的另一个长边边缘布设，所述第二红外光电传感器(14-2)发射的红外线沿载球平台(1)的一个宽边边缘布设，所述第四红外光电传感器(14-4)发射的红外线沿载球平台(1)的另一个宽边边缘布设；

所述控制模块包括ARM微控制器(9)和电机驱动模块，所述电机驱动模块包括第一电机驱动模块(12)和第二电机驱动模块(13)，所述第一电机驱动模块(12)的输出端与第一电机(4)的输入端连接，所述第二电机驱动模块(13)的输出端与第二电机(5)的输入端连接，所述第一红外光电传感器(14-1)、第二红外光电传感器(14-2)、第三红外光电传感器(14-3)和第四红外光电传感器(14-4)的输出端均与ARM微控制器(9)的输入端相接，所述ARM微控制器(9)为STM32F103ZET6微控制器。

2.按照权利要求1所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第一电机驱动模块(12)包括型号为DRV8825的驱动芯片DR1，所述第一电机(4)为电机M1，所述驱动芯片DR1的第1引脚与电容C1的一端相接，所述驱动芯片DR1的第2引脚与电容C1的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第3引脚分五路，第一路与电容C4的一端相接，第二路与电阻R3的一端相接，第三路通过电容C2接地，第四路与12V电源输出端相接，第五路通过电容C3接地；所述驱动芯片DR1的第4引脚分两路，一路与电容C4的另一端相接，另一路与电阻R3的另一端相接；所述驱动芯片DR1的第5引脚与电机M1第一绕组的一端相接，所述驱动芯片DR1的第6引脚通过电阻R5接地，所述驱动芯片DR1的第7引脚与电机M1第一绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第8引脚与电机M1第二绕组的一端相接，所述驱动芯片DR1的第9引脚通过电阻R8接地，所述驱动芯片DR1的第10引脚与电机M1第二绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR1的第11引脚分两路，一路通过电容C6接地，另一路与12V电源输出端相接；所述驱动芯片DR1的第12引脚和第13引脚的连接端分两路，一路通过电阻R10与3.3V电源输出端相接，另一路通过电阻R11接地；所述驱动芯片DR1的第14引脚接地，所述驱动芯片DR1的第15引脚分两路，一路与3.3V电源输出端相接，另一路通过电容C7接地；所述驱动芯片DR1的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚依次与ARM微控制器(9)的PA11引脚、PA10引脚、PA8引脚、PA7引脚、PA6引脚、PA5引脚、PA4引脚、PA14引脚、PA13引脚相接，所述驱动芯片DR1的第18引脚分两路，一路通过电阻R9与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PA9引脚相接；所述驱动芯片DR1的第27引脚分两路，一路通过电阻R1与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PA12引脚相接；所述驱动芯片DR1的第28引脚接地。

3.按照权利要求1所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第二电机驱动模块(13)包括型号为DRV8825的驱动芯片DR2，所述第二电机(5)为电机M2，所述驱动芯片DR2的第1引脚与电容C8的一端相接，所述驱动芯片DR2的第2引脚与电容C8的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第3引脚分五路，第一路与电容C11的一端相接，第二路与电阻R17的一端相接，第三路通过电容C9接地，第四路与12V电源输出端相接，第五路通过电容C10接地；所述驱动芯片DR2的第4引脚分两路，一路与电容C11的另一端相接，另一路与电阻R17的另一端相接；所述驱动芯片DR2的第5引脚与电机M2第一绕组的一端相接，所述驱动芯片DR2的第6引脚通过电阻R19接地，所述驱动芯片DR2的第7引脚与电机M2第一绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第8引脚与电机M2第二绕组的一端相接，所述驱动芯片DR2的第9引脚通过电阻R21接地，所述驱动芯片DR2的第10引脚与电机M2第二绕组的另一端相接，所述驱动芯片DR2的第11引脚分两路，一路通过电容C12接地，另一路与12V电源输出端相接；所述驱动芯片DR2的第12引脚和第13引脚的连接端分两路，一路通过电阻R25与3.3V电源输出端相接，另一路通过电阻R26接地；所述驱动芯片DR2的第14引脚接地，所述驱动芯片DR2的第15引脚分两路，一路与3.3V电源输出端相接，另一路通过电容C13接地；所述驱动芯片DR2的第16引脚、第17引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚、第22引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚依次与ARM微控制器(9)的PB11引脚、PB10引脚、PB8引脚、PB13引脚、PB12引脚、PB5引脚、PB4引脚、PB3引脚、PB2引脚相接，所述驱动芯片DR2的第18引脚分两路，一路通过电阻R22与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PB9引脚相接；所述驱动芯片DR2的第27引脚分两路，一路通过电阻R16与3.3V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PB1引脚相接；所述驱动芯片DR2的第28引脚接地。

4.按照权利要求1所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述连接杆(2)的顶端设置有球头(17)，所述球头(17)上套设有万向球头支座(18)，所述万向球头支座(18)上设置有与载球平台(1)固定连接的水平板(19)；

所述第一连杆(7)的顶端设置有与载球平台(1)的一个长边固定连接的第一连接板(7-1)，所述第二连杆(6)的顶端设置有与载球平台(1)的一个宽边固定连接的第二连接板(6-1)。

5.按照权利要求1所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述底盘(3)上设置有L安装架(16)，所述L安装架(16)上设置有摄像头(15)，所述摄像头(15)位于载球平台(1)上方，所述摄像头(15)与ARM微控制器(9)相接。

6.按照权利要求5所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述摄像头(15)为OV7670摄像头，所述OV7670摄像头的XCLK与24M晶振U6的OUT引脚相接，所述OV7670摄像头的PCLK引脚、VSYNC引脚和HREF引脚分别与ARM微控制器(9)的PA1、PA2和PA3引脚相接，所述OV7670摄像头的D0引脚-D7引脚分别与ARM微控制器(9)的PF0-PF7引脚相接，所述OV7670摄像头的PESET引脚分两路，一路经电阻R32与2.8V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PF10引脚相接，所述OV7670摄像头的PWDN引脚经电阻R33接地，所述OV7670摄像头的SIO-C引脚与ARM微控制器(9)的PF8引脚相接，所述OV7670摄像头的SIO-D引脚与ARM微控制器(9)的PF9引脚相接，所述OV7670摄像头的DGND引脚和AGND引脚均接地，所述OV7670摄像头的DOVDD引脚分两路，一路与2.8V电源输出端相接，另一路经电容C16接地；所述OV7670摄像头的DVDD引脚分两路，一路与1.8V电源输出端相接，另一路经电容C15接地；所述OV7670摄像头的AVDD引脚分两路，一路与2.8V电源输出端相接，另一路经电容C14接地；所述24M晶振U6的第1引脚经电阻R28接2.8V电源输出端，所述24M晶振U6的第2引脚接地，所述24M晶振U6的第4引脚接2.8V电源输出端。

7.按照权利要求1所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第一红外光电传感器(14-1)的输出端通过第一光耦隔离转换电路与ARM微控制器(9)相接，所述第二红外光电传感器(14-2)的输出端通过第二光耦隔离转换电路与ARM微控制器(9)相接，所述第三红外光电传感器(14-3)的输出端通过第三光耦隔离转换电路与ARM微控制器(9)相接，所述第四红外光电传感器(14-4)的输出端通过第四光耦隔离转换电路与ARM微控制器(9)相接。

8.按照权利要求7所述的一种滚球平衡控制模块，其特征在于：所述第一光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U2，所述芯片U2的阳极通过电阻R4与5V电源输出端相接，所述芯片U2的阴极与三极管Q1的集电极相接，三极管Q1的基极通过电阻R6与第一红外光电传感器(14-1)的输出端相接，三极管Q1的发射极接地，所述芯片U2的集电极分两路，一路通过电阻R2与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PC0引脚相接；所述芯片U2的发射极通过电阻R7接地；

所述第二光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U3，所述芯片U3的阳极通过电阻R13与5V电源输出端相接，所述芯片U3的阴极与三极管Q2的集电极相接，三极管Q2的基极通过电阻R14与第二红外光电传感器(14-2)的输出端相接，三极管Q2的发射极接地，所述芯片U3的集电极分两路，一路通过电阻R12与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PC1引脚相接；所述芯片U3的发射极通过电阻R15接地；

所述第三光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U4，所述芯片U4的阳极通过电阻R20与5V电源输出端相接，所述芯片U4的阴极与三极管Q3的集电极相接，三极管Q3的基极通过电阻R23与第三红外光电传感器(14-3)的输出端相接，三极管Q3的发射极接地，所述芯片U4的集电极分两路，一路通过电阻R18与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的引脚相接；所述芯片U4发射极通过电阻R24接地；

所述第四光耦隔离转换电路包括型号为PC817的芯片U5，所述芯片U5的阳极通过电阻R29与5V电源输出端相接，所述芯片U5的阴极与三极管Q4的集电极相接，三极管Q4的基极通过电阻R30与第四红外光电传感器(14-4)的输出端相接，三极管Q4的发射极接地，所述芯片U5的集电极分两路，一路通过电阻R27与5V电源输出端相接，另一路与ARM微控制器(9)的PC3引脚相接；所述芯片U5发射极通过电阻R31接地。