CN210629481U - 一种两轮车自平衡系统及其中的485通信自动收发电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种两轮车自平衡系统及其中的485通信自动收发电路；该电路的485芯片中，为连接UART_RX引脚的RO引脚配置有三极管Q1，该三极管Q1与地之间接入有发光二极管D1，UART_TX发送的数据通过AB引脚相应发送；UART_TX发送时发光二极管D3点亮；还配置三极管Q2，使其集电极连接RE、DE引脚，且集电极通过电阻R4接电源；三极管Q2发射极接地，基极经电阻R9连接UART_TX引脚；电源经电阻R2、发光二极管D3、电阻R9也连接三极管Q2基极；DI引脚接地，则UART_RX引脚上有数据时，485芯片将总线上所有数据发经单片机，发光二极管D1点亮。本电路实现数据自动收发，还能够实时观测通讯状态。适用该电路的两轮车自平衡系统可以有效节省控制资源，提高控制效率。

Description

一种两轮车自平衡系统及其中的485通信自动收发电路

技术领域

本实用新型涉及485通信技术，特别涉及一种两轮车自平衡系统及其中的485通信自动收发电路。

背景技术

随着近年来人工智能和汽车领域的结合研究越来越紧密，四轮汽车的自动驾驶和无人驾驶已经逐渐成为现实，但包括摩托车、电瓶车在内的两轮车的自动驾驶技术，却因为两轮车对驾驶员骑行技术的依赖，无法自平衡而鲜有开展。实际上在生活中的很多领域都可以用到两轮车的无人驾驶或自动驾驶，相比4轮汽车作为交通载体，可以缓解交通拥堵，且更经济环保。

两轮车自平衡系统是通过陀螺对两轮车身输出力矩，使两轮车长期不倒。该系统中，会用到485通讯协议。但在常用的485通讯的电路中工作效率低，并且无法观测通讯状态，以下将具体说明。

SP3485是一种适用于485通信协议的常用芯片；图1是SP3485芯片手册中的引脚图，其中：第一引脚RO是接收器输出引脚，第二引脚RE是低电平有效的接收器输出使能引脚，第三引脚DE是高电平有效的驱动器输出使能引脚，第四引脚DI是驱动器输入引脚，第五引脚GND是接地引脚，第六引脚A是同相的驱动器输出引脚或接收器输入引脚，第七引脚B是反相的驱动器输出引脚或接收器输入引脚，第八引脚VCC是电源线引脚。

图2是一种基于485芯片的常用电路，以SP3485芯片为例进行说明，第一引脚RO与单片机的UART_RX引脚(串行数据输入)连接，第二引脚RE和第三引脚DE相连，用以接收单片机输出的控制信号(Control信号)，第四引脚DI与单片机的UART_TX引脚(串行数据输出)连接，第五引脚GND接地；第六引脚A、第七引脚B分别接入485通讯总线的A端、B端，第六引脚A和第七引脚B之间连接有电阻R11，第六引脚A通过双向瞬变抑制二极管D5接地，第七引脚B分别通过双向瞬变抑制二极管D6、电阻R12接地；第六引脚A和第八引脚VCC之间连接有电阻R10；第八电阻VCC与3.3V电源连接，该连接的节点还与一电容C2的一端连接，该电容C2另一端接地。

当单片机要发送数据时，提供的控制信号为高电平，数据通过UART_TX引脚发出，此时485芯片上高电平有效的第三引脚DE发送数据使能；当单片机要接收数据时，提供的控制信号为低电平时，数据通过UART_RX引脚收回，此时485芯片上低电平有效的第二引脚RE接收数据使能。换言之，在现有的电路中，通过单片机的控制信号的电平来控制485通讯电路的方向，为此在电路中需要占用单片机的资源，导致工作效率低下。

实用新型内容

本实用新型提供一种485通信自动收发电路，能够实现自动收发，并可以实时观测到通讯的状态。本实用新型还提供一种使用上述485通信自动收发电路的两轮车自平衡系统。

为了达到上述目的，本实用新型的一个技术方案是提供一种485通信自动收发电路，其包含与单片机连接的485芯片，该485芯片具有第一引脚RO到第八引脚VCC，其中的第五引脚GND接地；第六引脚A、第七引脚B分别接入485通讯总线的A端、B端，第六引脚A和第七引脚B之间连接有电阻R7，第六引脚A通过双向瞬变抑制二极管D2接地，第七引脚B分别通过双向瞬变抑制二极管D4、电阻R8接地；第六引脚A和第八引脚VCC之间连接有电阻R5；第八电阻VCC与电源在第一节点连接，第一节点还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；

该电路进一步包含三极管Q1、三极管Q2；

第一引脚RO通过电阻R6分别与单片机的UART_RX引脚、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与电源连接，三极管Q1的集电极与电阻R1一端连接，电阻R1的另一端接地；

第二引脚RE和第三引脚DE在第二节点相连接，第二节点通过电阻R4与电源连接，第二节点还与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与单片机的UART_TX引脚、电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电源连接；第四引脚DI接地。

可选地，该电路进一步包含发光二极管D3；所述三极管Q2的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与单片机的UART_TX引脚、发光二极管D3的负极连接，电源通过电阻R2与发光二极管D3的正极连接。

可选地，该电路进一步包含发光二极管D1；所述三极管Q1的集电极通过电阻R1与发光二极管D1的正极连接，发光二极管D1的负极接地。

可选地，单片机的UART_TX引脚处于发送数据0的状态时，三极管Q2为不导通状态，第三引脚DE接高电平，进入发送模式，第四引脚DI上的电平与通过第六引脚A和第七引脚B上输出的信号相对应；第四引脚DI接地，通过第六引脚A和第七引脚B输出“0”；

UART_TX引脚处于发送数据1的状态时，三极管Q2为导通状态，第二引脚RE接低电平，进入接收模式，485芯片进入高阻状态，通过第六引脚A和第七引脚B输出“1”。

可选地，单片机的UART_TX引脚处于无数据的状态时，UART_TX引脚为高电平，发光二极管D3不亮；

UART_TX引脚处于有数据发送的状态时，UART_TX发送的起始位是低电平，发光二极管D3点亮。

可选地，单片机处于接收数据的状态时，UART_TX引脚处于无数据的状态，UART_TX引脚为高电平，三极管Q2为导通状态，第二引脚RE为低电平，485芯片为接收状态，将485通讯总线上的数据传输给单片机。

可选地，单片机的UART_TX引脚处于无数据的状态时，UART_RX引脚为高电平，三极管Q1处于不导通状态，发光二极管D1不亮；

UART_RX引脚处于有数据的状态时，数据的起始位为低电平，三极管Q1处于导通状态，发光二极管D1点亮。

可选地，所述三极管Q1为PNP三极管，三极管Q2为NPN三极管。

本实用新型的另一个技术方案是提供一种两轮车自平衡系统，该系统通过陀螺对两轮车的车身输出力矩；该系统设有主控板，和与所述主控板分别连接的进动角度传感器、横摇角度传感器；

所述主控板包含上述任意一种485通信自动收发电路，和与所述485通信自动收发电路的485芯片连接的单片机；连接所述485芯片的第六引脚A、第七引脚B的485通讯总线，进一步与伺服电机驱动器连接；

所述进动角度传感器向主控板输出进动角度的信息，所述横摇角度传感器向主控板输出横摇角度的信息，所述主控板输出的力矩值通过485通讯总线传输给伺服电机驱动器；所述伺服电机驱动器向与之连接的伺服电机输出控制指令。

可选地，该系统进一步设有电源系统，所述电源系统包含：

交直流转换装置，其输入交流电，输出第一直流电给与该交直流转换装置连接的主控板和伺服电机驱动器；

变压装置，其输入第一直流电，输出第二直流电给与该变压装置连接的陀螺启动电机。

与现有技术相比，本实用新型的485通信自动收发电路，无需另外提供控制信号，可以实现数据的自动收发，还能够通过观察发光二极管D1、D3的亮灯状态来实时体现通讯的状态。该电路适用于任意一种485芯片和应用485通讯的电路。本实用新型的两轮车自平衡系统使用上述485通信自动收发电路，可以极大地节省控制资源，有效提高控制效率。

附图说明

图1是SP3485芯片的引脚图；

图2是现有的485通信电路示意图；

图3是本实用新型的485通信自动收发电路的示意图；

图4是本实用新型的两轮车自平衡系统的框图。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型提供一种485通信自动收发电路，新增了三极管Q1、三极管Q2、发光二极管D1、发光二极管D3及若干电阻，其中Q1为PNP三极管，Q2为NPN三极管。

电路中的385芯片以SP3485芯片为例，第一引脚RO通过电阻R6分别与单片机的UART_RX引脚、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与3.3V电源连接，三极管Q1的集电极通过电阻R1与发光二极管D1的正极连接，发光二极管D1的负极接地。

本实用新型的485芯片不需要接入控制信号，第二引脚RE和第三引脚DE相连接，该连接点通过电阻R4与3.3V电源连接，该连接点还与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与单片机的UART_TX引脚、发光二极管D3的负极连接，3.3V电源通过电阻R2与发光二极管D3的正极连接。第四引脚DI接地。

第五引脚GND接地；第六引脚A、第七引脚B分别接入485通讯总线的A端(485_A)、B端(485_B)，第六引脚A和第七引脚B之间连接有电阻R7，第六引脚A通过双向瞬变抑制二极管D2接地，第七引脚B分别通过双向瞬变抑制二极管D4、电阻R8接地；第六引脚A和第八引脚VCC之间连接有电阻R5；第八电阻VCC与3.3V电源连接，该连接的节点还与一电容C1的一端连接，该电容C1另一端接地。图中各电阻、电容的数值是示意性的。

基于图3的电路，在单片机发送数据的过程中，当UART_TX引脚发送0时，三极管Q2不导通，第三引脚DE接高电平，进入发送模式，485芯片会把第四引脚DI上的电平反应到第六引脚A和第七引脚B上输出，因为第四引脚DI已经接地，所以通过第六引脚A和第七引脚B传输的是0。

当UART_TX引脚发送1时，三极管Q2导通，第二引脚RE接低电平，进入接收模式，485芯片的第六引脚A和第七引脚B进入高阻状态，因为电阻R5把第六引脚A处的电压拉高，电阻R4把第七引脚B的电压拉低，所以，通过第六引脚A和第七引脚B传输的是1。

其中，发送数据‘1’，三极管Q2导通、第二引脚RE低电平有效时，该485芯片呈高阻状态的原因在于：UART发送数据会有一定的格式，数据均以“位”为最小单位进行传输。在收发数据之前，UART之间要约定好数据的传输速率(即每位所占据的时间，其倒数为波特率)、数据的传输格式(有多少数据位、是否有校验位、奇校验还是偶校验、是否有停止位)。平时数据线处于“空闲状态”(1状态)。

当发送数据时，UART_TX由‘1’变为‘0’维持1位的时间，这样接收方检测开始位后，再等待1.5位时间就开始一位一位地进行数据传输，也就是说，已经确定好发送状态，电路发送‘1’时第二引脚RE虽然接收有效，但由于它处于发送阶段，此时芯片会处于高阻状态。

当UART_TX无数据时，UART_TX会是高电平(即3.3V)，发光二极管D3两端无电压差，该发光二极管D3不会亮；当有数据发送时，根据UART_TX发送数据的格式，起始位是低电平(即0V)，因此该发光二极管D3点亮。

综上所述，UART_TX发送1，通过第六引脚A和第七引脚B就会发送1；UART_TX发送0，通过第六引脚A和第七引脚B就会发送0。无论UART_TX发什么数据，发光二极管D3都会亮。

基于图3的电路，在单片机接收数据的过程中，在单片机的UART_RX引脚上表现数据。由于485通讯是半工通讯，所以在收发双方约定的数据交流的时序中，同一时间只能进行数据的接收或者发送，不能同时进行数据的收发工作，否则，会造成485通讯总线上的数据混乱。

因此，当485芯片有数据发给单片机时(也就是UART_RX引脚上有数据给单片机时)，UART_TX引脚上一定没有数据。前面提到过，UART_TX上无数据时，UART_TX会是高电平，则三极管Q2会导通，第二引脚RE为低电平，485芯片进入接收状态。此时的485芯片会将485通讯总线上的数据发给单片机。

当UART_RX上无数据时，UART_RX是高电平(即3.3V)，三极管Q1不导通，发光二极管D1两端无电压差，该发光二极管D1不会亮；当UART_RX上有数据时，起始位是低电平，三极管Q1导通，发光二极管D1两端有电压差，该发光二极管D1点亮。

综上所述，UART_RX上有数据时，485芯片会将总线上的所有数据发经单片机，发光二极管D1会亮。

由此可见，本实用新型的485通信自动收发电路，可以实现自动收发功能，还能够通过观察发光二极管D1、D3的亮灯状态来实时体现通讯的状态。

应用485通讯的电路，均可以采用本实用新型的电路，尤其是带有DMA(直接存储器访问)模式的收发的芯片，本实用新型的电路能极大地节省控制资源，有效提高控制效率。

如图4所示，本实用新型还提供一种使用上述485通信自动收发电路的两轮车自平衡系统，该系统通过陀螺对两轮车身输出力矩，使两轮车长期不倒。该系统中，该系统中，包含主控板，和与主控板分别连接的进动角度传感器、横摇角度传感器；220V交流电输入交直流转换装置得到12V直流电，提供给主控板和伺服电机驱动器；12V直流电还进一步通过变压装置得到3.7V直流电提供给陀螺启动电机；主控板例如包含本实用新型所述的485通信自动收发电路和单片机，使电路中连接485芯片的第六引脚A、第七引脚B的485通讯总线的A端和B端(485_A、485_B)进一步连接伺服电机驱动器。主控板采集到进动角度的信息和横摇角度的信息，然后计算出力矩值，最后将力矩值通过485通讯总线输出给伺服电机驱动器。所述伺服电机驱动器会根据该力矩值来控制伺服电机。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种485通信自动收发电路，其包含与单片机连接的485芯片，该485芯片具有第一引脚RO到第八引脚VCC，其中的第五引脚GND接地；第六引脚A、第七引脚B分别接入485通讯总线的A端、B端，第六引脚A和第七引脚B之间连接有电阻R7，第六引脚A通过双向瞬变抑制二极管D2接地，第七引脚B分别通过双向瞬变抑制二极管D4、电阻R8接地；第六引脚A和第八引脚VCC之间连接有电阻R5；第八电阻VCC与电源在第一节点连接，第一节点还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；

其特征在于，该电路进一步包含三极管Q1、三极管Q2；

第一引脚RO通过电阻R6分别与单片机的UART_RX引脚、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与电源连接，三极管Q1的集电极与电阻R1一端连接，电阻R1的另一端接地；

第二引脚RE和第三引脚DE在第二节点相连接，第二节点通过电阻R4与电源连接，第二节点还与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与单片机的UART_TX引脚、电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端与电源连接；第四引脚DI接地。

2.如权利要求1所述的485通信自动收发电路，其特征在于，

该电路进一步包含发光二极管D3；所述三极管Q2的基极与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端分别与单片机的UART_TX引脚、发光二极管D3的负极连接，电源通过电阻R2与发光二极管D3的正极连接。

3.如权利要求1所述的485通信自动收发电路，其特征在于，

该电路进一步包含发光二极管D1；所述三极管Q1的集电极通过电阻R1与发光二极管D1的正极连接，发光二极管D1的负极接地。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的485通信自动收发电路，其特征在于，单片机的UART_TX引脚处于发送数据0的状态时，三极管Q2为不导通状态，第三引脚DE接高电平，进入发送模式，第四引脚DI上的电平与通过第六引脚A和第七引脚B上输出的信号相对应；第四引脚DI接地，通过第六引脚A和第七引脚B输出“0”；

UART_TX引脚处于发送数据1的状态时，三极管Q2为导通状态，第二引脚RE接低电平，进入接收模式，485芯片进入高阻状态，通过第六引脚A和第七引脚B输出“1”。

5.如权利要求2所述的485通信自动收发电路，其特征在于，

单片机的UART_TX引脚处于无数据的状态时，UART_TX引脚为高电平，发光二极管D3不亮；

UART_TX引脚处于有数据发送的状态时，UART_TX发送的起始位是低电平，发光二极管D3点亮。

6.如权利要求1～3中任意一项所述的485通信自动收发电路，其特征在于，单片机处于接收数据的状态时，UART_TX引脚处于无数据的状态，UART_TX引脚为高电平，三极管Q2为导通状态，第二引脚RE为低电平，485芯片为接收状态，将485通讯总线上的数据传输给单片机。

7.如权利要求3所述的485通信自动收发电路，其特征在于，

单片机的UART_TX引脚处于无数据的状态时，UART_RX引脚为高电平，三极管Q1处于不导通状态，发光二极管D1不亮；

UART_RX引脚处于有数据的状态时，数据的起始位为低电平，三极管Q1处于导通状态，发光二极管D1点亮。

8.如权利要求1～3中任意一项所述的485通信自动收发电路，其特征在于，所述三极管Q1为PNP三极管，三极管Q2为NPN三极管。

9.一种两轮车自平衡系统，该系统通过陀螺对两轮车的车身输出力矩，其特征在于，该系统设有主控板，和与所述主控板分别连接的进动角度传感器、横摇角度传感器；

所述主控板包含权利要求1～8中任意一项所述的485通信自动收发电路，和与所述485通信自动收发电路的485芯片连接的单片机；连接所述485芯片的第六引脚A、第七引脚B的485通讯总线，进一步与伺服电机驱动器连接；

所述进动角度传感器向主控板输出进动角度的信息，所述横摇角度传感器向主控板输出横摇角度的信息，所述主控板输出的力矩值通过485通讯总线传输给伺服电机驱动器；所述伺服电机驱动器向与之连接的伺服电机输出控制指令。

10.如权利要求9所述的两轮车自平衡系统，其特征在于，进一步设有电源系统，所述电源系统包含：

交直流转换装置，其输入交流电，输出第一直流电给与该交直流转换装置连接的主控板和伺服电机驱动器；

变压装置，其输入第一直流电，输出第二直流电给与该变压装置连接的陀螺启动电机。

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