CN215067824U - 实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，包括：微处理器、电源、MEMS传感器、以太网模块、第一磁编码器、第二磁编码器、第一双H桥、第二双H桥以及逻辑控制器；电源与微处理器连接，微处理器与MEMS传感器连接，微处理器与以太网芯片连接，微处理器分别与第一磁编码器和第二磁编码器连接，微处理器与逻辑控制器连接，逻辑控制器分别与第一双H桥芯片和第二双H桥芯片连接，第一双H桥与第一磁编码器连接，第二双H桥与第二磁编码器连接。本发明通过MEMS传感器获取云台实时的姿态数据，通过第一磁编码器和第二磁编码器精确读取云台转动角度值，云台每次上电也无需自校准获取初始位置即可知道上电实时角度值。
Description
技术领域
本实用新型涉及云台领域，具体地，涉及实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路板。
背景技术
云台一般包括2个轴转动的步进电机，电路板驱动步进电机分别控制水平转动和俯仰转动，云台主控微处理器通过驱动步进电机步进数可以获得水平转动和俯仰转动的角度，通过RS485可把角度数据回传至主机。
云台角度获取是通过驱动步进电机步进数获取对应的水平和俯仰的角度，无法获得外力导致云台的姿态或者角度变化，由此会长期累积角度误差，亦即无法实时控制云台纠正角度偏差形成闭环控制。
云台采用RS485总线接收主机发送的角度控制指令、单步转动指令和角度查询指令执行控制和角度回传。RS485是半双工现场总线，通讯速率较慢，无法实时角度数据。云台通过RS485回传数据只包含角度数据，无法和其他传感器设备进行数据融合。
在公开号为CN205910596U的中国专利文献中，公开了一种云台控制电路、系统及无人机，涉及云台领域。云台控制电路包括控制器、第一角度检测装置、第二角度检测装置和地址配置电路；第一角度检测装置、第二角度检测装置和控制器依次电性连接，地址配置电路分别述第一角度检测装置和第二角度检测装置电性连接；第一角度检测装置和第二角度检测装置分别用于检测第一电机和第二电机的转动角度信息，控制器用于根据第一电机以及第二电机的转动角度信息驱动第一电机以及第二电机。但该专利未能解决云台电机角度误差的问题。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路。
根据本实用新型提供的一种实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，包括：微处理器、电源、MEMS传感器、以太网模块、第一磁编码器、第二磁编码器、第一双H桥、第二双H桥以及逻辑控制器；
所述电源与微处理器供电连接，所述微处理器与MEMS传感器连接，所述微处理器与以太网芯片连接，所述微处理器通过I2C接口分别与第一磁编码器和第二磁编码器连接，所述微处理器与逻辑控制器连接，所述逻辑控制器分别与第一双H桥芯片和第二双H桥芯片连接，所述第一双H桥与第一磁编码器连接，所述第二双H桥与第二磁编码器连接。
优选的，所述电源中包括AOZ1282CI、LM1117芯片。
优选的，所述MEMS传感器采用16位6轴的传感器，所述MEMS传感器与微处理器通过SPI接口连接。
优选的，所述MEMS传感器包括ICL20602芯片。
优选的，所述以太网模块包括W5500以太网芯片。
优选的，所述以太网模块与微处理器通过SPI接口通讯连接。
优选的，所述第一磁编码器和所述第二磁编码器均采用12位磁编码器芯片，所述第一磁编码器和第二磁编码器包括AS5600芯片。
优选的，所述第一双H桥和所述第二双H桥包括L298N芯片。
优选的，所述微处理器包括内部比较器，所述内部比较器、第一双H桥、第二双H桥以及逻辑控制器共同构成过载保护组件。
优选的，所述逻辑控制器包括SN74HCS04和SN74HCS08芯片，所述微处理器通过I/O接口与逻辑控制器连接。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：
1、云台控制板板载以太网芯片，单个设备之间通讯无需交换机或路由器即可以直接用交叉网线进行数据交换和控制云台转动，多个设备可以通过交换机或路由器进行数据通讯与控制。
2、云台控制板板载MEMS接口，通过外接MEMS传感器获取云台实时的姿态数据，姿态数据通过网络实时传递给其他网络节点上的设备进行数据算法融合。
3、通过第一磁编码器和第二磁编码器可以精确读取云台转动角度值，云台每次上电也无需自校准获取初始位置即可知道上电实时角度值。
4、云台控制板电机驱动电路设计有过流保护组件，可以避免驱动器过载导致损坏。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例云台电路结构示意图；
图2为本申请实施例的云台电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
一种实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，如图1所示，包括：微处理器、电源、MEMS传感器、以太网模块、第一磁编码器、第二磁编码器、第一双H桥、第二双H桥以及逻辑控制器；
电源与微处理器供电连接，微处理器与MEMS传感器连接，微处理器与以太网模块连接，微处理器通过I2C接口分别与第一磁编码器和第二磁编码器连接，微处理器通过I/O接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器分别与第一双H桥和第二双H桥连接，第一双H桥芯片与第一磁编码器连接，第二双H桥芯片与第二磁编码器连接。
微处理器内部具有比较器接口、I2C接口、SPI接口、普通IO接口，包含stm32G431RBT6微处理器，微处理器通过SPI接口实时读取MEMS芯片的姿态信息，微处理器通过I2C接口读取第一磁编码器和第二磁编码器。微处理器包括内部比较器，微处理器通过普通IO接口和内部比较器共同控制逻辑处理器，最终通过逻辑处理器控制第一双H桥芯片和第二双H桥芯片从而驱动云台的步进电机转动。微处理器的内部比较器通过第一双H桥和第二双H桥反馈的电流以及逻辑控制器构成过流保护组件。微处理器通过以太网芯片实时获取对应指令来执行MEMS传感器读取实时姿态信息、第一磁编码器和第二磁编码器读取角度信息，以及第一双H桥、第二双H桥驱动步进电机转动等功能。
电源为整个电路提供DCDC降压至5V、3.3V电源功能，电源包括AOZ1282CI、LM1117芯片。MEMS传感器为16位6轴传感器，MEMS传感器包括ICL20602但不限于此，ICL20602具有性价比高、姿态信息精准的优点。MEMS传感器作为从机，实时通过I2C回传实时姿态信息至微处理器。
以太网模块采用W5500以太网芯片，并通过SPI接口与微处理器进行网络通讯，达到网络控制和读取云台的实时姿态数据。以太网模块不局限于W5500芯片和SPI接口，只是W5500芯片具有硬件数据触发通知功能，SPI数据传输更快等优点。
第一磁编码器和第二磁编码器采用12位的磁编码器芯片，包括AS5600芯片，第一磁编码器和第二磁编码器通过I2C接口把实时的云台电机转动角度回传至微处理器。第一磁编码器和第二磁编码器不限于I2C接口和AS5600芯片，只是使用更为简单，精度更高。
第一双H桥和第二双H桥采用L298N芯片，微处理器控制逻辑控制器，逻辑控制器控制第一双H桥和第二双H桥来驱动步进电机转动。第一双H桥和第二双H桥回传步进电机转动电流至微处理器的内部比较器，反馈电流超过预设值，微处理器的内部比较器触发急停信号至逻辑控制器来控制第一双H桥和第二双H桥从而停止步进电机转动。第一双H桥和第二双H桥不限于次芯片，本实施中第一双H桥和第二双H桥采用L298N芯片可以反馈驱动电流，与微处理器的内部比较器、逻辑控制器共同组成过载保护组件，且L298N散热结构和控制较为简单。
逻辑控制器采用SN74HCS04或SN74HCS08逻辑控制芯片，逻辑控制器接收微处理器的信号控制第一双H桥和第二双H桥达到控制步进电机转动。逻辑控制器采用的芯片不限于此，SN74HCS04或SN74HCS08的控制速度达到ns级别，可以快速响应微处理器的控制指令。
实施例2，本实施例为实施例1的优选例。
本实施例中微处理器采用stm32G431RBT6芯片，电源采用LM1117芯片，MEMS传感器采用ICL20602芯片，以太网模块采用W5500芯片，第一磁编码器和第二磁编码器均采用AS5600芯片，第一双H桥和第二双H桥采用L298N芯片，逻辑控制器采用SN74HCS04芯片。
电源LM1117芯片上的2号引脚分别与微处理器stm32G431RBT6上的1号、16号引脚连接，微处理器stm32G431RBT6上的60号、61号引脚分别与MEMS传感器ICL20602芯片上的3号、4号引脚连接，微处理器stm32G431RBT6上的18号、19号、20号、21号、22号、23号引脚分别与以太网模块W5500芯片上的32号、33号、34号、35号、36号、37号引脚连接，微处理器stm32G431RBT6上的40号、41号引脚分别与第一磁编码器AS5600芯片上的6号、7号引脚连接，微处理器stm32G431RBT6上的42号、43号引脚分别与第二磁编码器AS5600芯片上的6号、7号引脚连接，微处理器stm32G431RBT6上的10号、12号、14号、15号引脚分别与逻辑控制器SN74HCS04芯片上的1号、3号、5号、9号引脚连接，逻辑控制器SN74HCS04芯片上的2、4、6、8号引脚分别与第一双H桥L298N芯片上的5、7、10、12号引脚连接，逻辑控制器SN74HCS04芯片上的2、4、6、8号引脚分别与第二双H桥L298N芯片上的5、7、10、12号引脚连接。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于，包括：微处理器、电源、MEMS传感器、以太网模块、第一磁编码器、第二磁编码器、第一双H桥、第二双H桥以及逻辑控制器；
所述电源与微处理器供电连接，所述微处理器与MEMS传感器连接，所述微处理器与以太网芯片连接，所述微处理器通过I2C接口分别与第一磁编码器和第二磁编码器连接，所述微处理器与逻辑控制器连接，所述逻辑控制器分别与第一双H桥芯片和第二双H桥芯片连接，所述第一双H桥与第一磁编码器连接，所述第二双H桥与第二磁编码器连接。
2.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述电源中包括AOZ1282CI、LM1117芯片。
3.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述MEMS传感器采用16位6轴的传感器，所述MEMS传感器与微处理器通过SPI接口连接。
4.根据权利要求3所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述MEMS传感器包括ICL20602芯片。
5.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述以太网模块包括W5500以太网芯片。
6.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述以太网模块与微处理器通过SPI接口通讯连接。
7.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述第一磁编码器和所述第二磁编码器均采用12位磁编码器芯片，所述第一磁编码器和第二磁编码器包括AS5600芯片。
8.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述第一双H桥和所述第二双H桥包括L298N芯片。
9.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述微处理器包括内部比较器，所述内部比较器、第一双H桥、第二双H桥以及逻辑控制器共同构成过载保护组件。
10.根据权利要求1所述的实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路，其特征在于：所述逻辑控制器包括SN74HCS04和SN74HCS08芯片，所述微处理器通过I/O接口与逻辑控制器连接。
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| CN202121535012.6U CN215067824U (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 实时反馈姿态数据与实时控制的云台电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118034174A (zh) * | 2024-04-15 | 2024-05-14 | 南京比沃特视频系统有限公司 | 用于双编码器系统的数据处理方法及装置 |
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Denomination of utility model: Real time feedback attitude data and real-time control of pan tilt circuit Granted publication date: 20211207 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shanghai Hongkou Branch Pledgor: Shanghai intelligent network Automobile Technology Center Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000530 |
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