CN212724437U - 一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，包括PCB板，所述PCB板为方形片体，所述PCB板上分布设置有单片机、2个舵机控制芯片、8个电机驱动芯片、8路电机输出控制端和供电模块，两个所述舵机控制芯片均与单片机连接，8个电机驱动芯片分别与两个舵机控制芯片连接，8路电机输出控制端的对应引脚分别与8个电机驱动芯片连接，所述供电模块包括逻辑供电模块和电机供电模块。本实用新型使用一体化设计，具有8路直流电机驱动，还包括丰富的扩展性端口，为机器人教学和竞赛提供了最好的硬件保障。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人控制器技术领域，具体的讲是一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统。
背景技术
近年来，“人工智能”不断走向人们的生活，各式各样的人工智能创客硬件也不断蓬勃发展。很多人工智能开源硬件，编程机器人更是直接走进了中小学课堂，Arduino、树莓派作为智能硬件的典型代表尤为受到广大创客的青睐。Arduino、树莓派这些智能硬件都为控制核心系统，必须搭配各种传感器模块，控制驱动，电源模块等才能构成完整的控制系统，使用时组装灵活，扩展性强，适合原理性的测试和开发使用。但是这种由各种模块组合的控制系统常常因为需要使用大量的即插式电线连接且各模块之间物理上是分离的，转移起来是非常麻烦的，稍不小心松动某一处电线造成接触不良将会花费大量时间去排查故障。
在机器人的教学和竞赛方面，最多最典型的被控器件应属直流电机了。直流电机的控制必须加以直流电机驱动电路及电源电路，以一个使用全向轮移动平台机器人平台为例，该平台至少需要4路PWM全桥直流电机驱动电路及一路电源电路。如果使用模块电路，在模块的安装及电器的接触性，系统的稳定上都会有问题，既不方便安装也不方便排查故障。加之4路电机驱动至少需要8路控制信号，常用的电机驱动芯片至少每路电机需要3路控制信号，这样算来也就是12路控制信号。对于小型单片机来说将会占用大量的资源，尤其是单片的片内DA功能，每路电机至少需要一路PWM信号控制调速，有些电机驱动需要两路PWM信号来驱动。同时，电机的转速和供电电压成正比，机器人的供电大多使用电池供电，电池输出电压随用电时间下降，直接使用PWM开环控制，相同的占空对应的电机转速会不断下降。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，本实用新型使用一体化设计，在使用 ATMega328P单片机作为主控单片机的基础上，通过IIC总线扩展32路外部 PWM信号，采用DRV8871PWM全桥电机驱动，具有丰富的端口扩展性，为机器人教学和竞赛提供了最好的硬件保障。
为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，包括PCB板，所述 PCB板为方形片体，所述PCB板上分布设置有单片机、2个舵机控制芯片、8个电机驱动芯片、8路电机输出控制端和供电模块，两个所述舵机控制芯片均与单片机连接，8个电机驱动芯片分别与两个舵机控制芯片连接，8路电机输出控制端的对应引脚分别与8个电机驱动芯片连接，所述供电模块包括逻辑供电模块和电机供电模块，所述逻辑供电模块用于外接供电电源并向单片机输送电能,所述电机供电模块用于外接供电电源并向八个电机驱动芯片输送电能。
进一步的，所述单片机为ATmega328P-AU,所述舵机控制芯片为PCA9685，所述电机驱动芯片为DRV8871。
进一步的，所述逻辑供电模块包括稳压芯片、电源开关和第一供电端口，所述第一供电端口的输入端外接供电电源，所述稳压芯片为LM7805，所述电源开关和第一供电端口的输出端与稳压芯片连接，所述稳压芯片与单片机连接；所述电机供电模块包括直流升压芯片和第二供电端口，所述第二供电端口的输入端外接供电电源，所述直流升压芯片为XL6019，所述第二供电端口的输出端与直流升压芯片连接，所述直流升压芯片与8个电机驱动芯片连接。
进一步的，所述PCB板上还设置有USB模块，所述USB模块包括CH340G芯片和USB接口，所述CH340G芯片的输出端连接于单片机，所述USB接口与 CH340G芯片的输入端连接。
进一步的，所述CH340G芯片的XI端和XO端之间并联有12M晶振，所述单片机的PB6端和PB7端之间并联有16M晶振。
进一步的，所述PCB板上设置有16路IIC总线PWM信号端口、22路数字I/O口、SPI端口和3路IIC总线拓展，所述16路IIC总线PWM信号端口的对应引脚分别与8个电机驱动芯片连接，所述22路数字I/O口、SPI端口和3路IIC总线拓展的对应引脚与单片机连接。
本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
本实用新型采用一体化设计，在使用ATMega328P单片机作为主控单片机的基础上，扩展两片PCA9685芯片，每片16路信号共计32路PWM信号，其中16路用于8路DRV8871电机驱动信号，另外16路预留信号扩展端口，可以用来扩展任何由PWM信号控制的器件，例如舵机等；逻辑、电机两路供电，为系统稳定运行提供保障；本实用新型集成度高，且端口丰富，能满足教学或竞赛使用。
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1为本实用新型的正视结构示意图；
图2为本实用新型的后视结构示意图；
图3为本实用新型的电路原理图；
图4为本实用新型的电路原理图；
图5为本实用新型的电路原理图；
图6为本实用新型的电路原理图；
图7为本实用新型的电路原理图；
图8为本实用新型的电路原理图；
图9为本实用新型的电路原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
100、PCB板；101、单片机；102、舵机控制芯片；103、电机驱动芯片； 104、8路电机输出控制端；105、稳压芯片；106、电源开关；107、第一供电端口；108、直流升压芯片；109、第二供电端口；110、CH340G芯片；111、 USB接口；112、12M晶振；113、16M晶振；114、重启按钮；115、16路IIC 总线PWM信号端口；116、22路数字I/O口；117、SPI端口；118、3路IIC 总线拓展。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1和图2所示，一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，包括PCB板100，所述PCB板100为方形片体，所述PCB板100上分布设置有单片机101、2个舵机控制芯片102、8个电机驱动芯片103、8路电机输出控制端104 和供电模块，两个所述舵机控制芯片102均与单片机101连接，8个电机驱动芯片103分别与两个舵机控制芯片102连接，8路电机输出控制端104的对应引脚分别与8个电机驱动芯片103连接，所述供电模块包括逻辑供电模块和电机供电模块，所述逻辑供电模块用于外接供电电源并向单片机101输送电能,所述电机供电模块用于外接供电电源并向八个电机驱动芯片103输送电能。
作为一种实施方式，所述单片机101为ATmega328P-AU,ATmega328P-AU单片机支持Arduino、米思其、Scratch等开源编程环境编程；所述舵机控制芯片102为PCA9685；所述电机驱动芯片103为DRV8871，驱动能力强，支持电压、电流范围宽，支持刹车信号控制，带有过载保护功能，且支持市场上大部分的直流电机调速控制。
作为一种实施方式，所述逻辑供电模块包括稳压芯片105、电源开关106 和第一供电端口107，所述第一供电端口107的输入端外接供电电源，所述稳压芯片105为LM7805，所述电源开关106和第一供电端口107的输出端与稳压芯片105连接，所述稳压芯片105与单片机101连接；所述电机供电模块包括直流升压芯片108和第二供电端口109，所述第二供电端口109的输入端外接供电电源，所述直流升压芯片108为XL6019，所述第二供电端口109的输出端与直流升压芯片108连接，所述直流升压芯片108与8个电机驱动芯片103连接。
作为一种实施方式，所述PCB板上还设置有USB模块，所述USB模块包括 CH340G芯片110和USB接口111，所述CH340G芯片110的输出端连接于单片机 101，所述USB接口111与CH340G芯片110的输入端连接。
作为一种实施方式，所述CH340G芯片110的XI端和XO端之间并联有12M晶振112，所述单片机101的PB6端和PB7端之间并联有16M晶振113。
作为一种实施方式，所述PCB板100上设置有16路IIC总线PWM信号端口 115、22路数字I/O口116、SPI端口117和3路IIC总线拓展118，所述16路IIC 总线PWM信号端口115的对应引脚分别与8个电机驱动芯片103连接，所述22路数字I/O口116、SPI端口117和3路IIC总线拓展118的对应引脚与单片机101连接，位于PCB板中部的一路IIC总线拓展可以直接插装0.96寸的OLED液晶屏。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，为本实用新型的电路原理示意图，本实用新型集成度高，体积小巧，能满足大量教学或竞赛使用。
以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，其特征在于，包括PCB板（100），所述PCB板（100）为方形片体，所述PCB板（100）上分布设置有单片机（101）、2个舵机控制芯片（102）、8个电机驱动芯片（103）、8路电机输出控制端（104）和供电模块，两个所述舵机控制芯片（102）均与单片机（101）连接，8个电机驱动芯片（103）分别与两个舵机控制芯片（102）连接，8路电机输出控制端（104）的对应引脚分别与8个电机驱动芯片（103）连接，所述供电模块包括逻辑供电模块和电机供电模块，所述逻辑供电模块用于外接供电电源并向单片机（101）输送电能,所述电机供电模块用于外接供电电源并向八个电机驱动芯片（103）输送电能。
2.根据权利要求1所述的8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，其特征在于，所述单片机（101）为ATmega328P-AU,所述舵机控制芯片（102）为PCA9685，所述电机驱动芯片（103）为DRV8871。
3.根据权利要求1所述的8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，其特征在于，所述逻辑供电模块包括稳压芯片（105）、电源开关（106）和第一供电端口（107），所述第一供电端口（107）的输入端外接供电电源，所述稳压芯片（105）为LM7805，所述电源开关（106）和第一供电端口（107）的输出端与稳压芯片（105）连接，所述稳压芯片（105）与单片机（101）连接；所述电机供电模块包括直流升压芯片（108）和第二供电端口（109），所述第二供电端口（109）的输入端外接供电电源，所述直流升压芯片（108）为XL6019，所述第二供电端口（109）的输出端与直流升压芯片（108）连接，所述直流升压芯片（108）与8个电机驱动芯片（103）连接。
4.根据权利要求1所述的8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，其特征在于，所述PCB板上还设置有USB模块，所述USB模块包括CH340G芯片（110）和USB接口（111），所述CH340G芯片（110）的输出端连接于单片机（101），所述USB接口（111）与CH340G芯片（110）的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，其特征在于，所述CH340G芯片（110）的XI端和XO端之间并联有12M晶振（112），所述单片机（101）的PB6端和PB7端之间并联有16M晶振（113）。
6.根据权利要求1所述的8路直流电机驱动的多功能机器人教学开发系统，其特征在于，所述PCB板（100）上设置有16路IIC总线PWM信号端口（115）、22路数字I/O口（116）、SPI端口（117）和3路IIC总线拓展（118），所述16路IIC总线PWM信号端口（115）的对应引脚分别与8个电机驱动芯片（103）连接，所述22路数字I/O口（116）、SPI端口（117）和3路IIC总线拓展（118）的对应引脚与单片机（101）连接。
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