CN219328886U - 基于fpga的地磁传感器阵列驱动电路及电路板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的地磁传感器阵列驱动电路及电路板。其中，电路包括电源模块、主控模块和若干组信号检测模块。电源模块为所述地磁传感器阵列驱动电路供电；主控模块包括一FPGA芯片，每组信号检测模块包括一磁控制芯片和三个地磁传感器。与现有技术相比，本实用新型的电路具有运行速度快，系统稳定，实时性好的优点。并且，FPGA芯片的SPI接口可同时与6个磁控制芯片连接，可同时驱动24组地磁传感器工作，可满足AGV高精度、智能化、快速的导航、定位和避障需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及搬运机器人领域，尤其是涉及一种应用于AGV上的基于FPGA的地磁传感器阵列驱动电路及电路板。
背景技术
地磁传感器可用于检测车辆的存在和车型识别,在交通监控系统中起着非常重要的作用。随着搬运机器人的推广、应用，地磁传感器也被应用在AGV上，用于实现导航、定位、避障等功能。
现有的地磁传感器驱动电路采用STM32芯片或同类型MCU芯片控制。如STM32芯片可同时控制3块磁控制芯片，但对于AGV来说，其要求的精确度、智能化越高，需要的地磁传感器越多，一部AGV需要安装24个甚至更多的地磁传感器。这样，一个STM32芯片就不能满足AGV导航、定位等需求了，需要更多的STM32芯片驱动电路满足AGV需求，成本较高，且STM32芯片及同类型芯片的驱动控制方式属于软件编程控制，其应用在AGV智能控制中，实时性不高，不利于提升AGV性能。
据以上所述，现有的应用于AGV的地磁传感器驱动电路需进一步改进。
实用新型内容
本实用新型的第一个发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于FPGA的地磁传感器阵列驱动电路。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
基于FPGA的地磁传感器阵列驱动电路，包括电源模块、主控模块和若干组信号检测模块。电源模块为所述地磁传感器阵列驱动电路供电；主控模块包括一FPGA芯片，每组信号检测模块包括一磁控制芯片和三个地磁传感器，所述磁控制芯片包括一组信号传输接口和三组传感器连接口，所述信号传输接口用于与FPGA芯片的SPI接口连接，以建立两者的通信，三组传感器连接口分别与三组地磁传感器一对一连接；所述FPGA芯片通过SPI接口发送控制信号并接收磁感应信号，所述磁控制芯片通过传感器连接口与地磁传感器连接，以接收地磁传感器感应磁场形成的电流信号，并生成所述磁感应信号。
本实用新型的地磁传感器阵列驱动电路通过FPGA芯片驱动若干组信号检测模块工作，每组的信号检测模块具有三个地磁传感器，从而通过一FPGA芯片控制多个地磁传感器形成的地磁传感器阵列工作，满足AGV高精度、智能化、快速的导航、定位、避障需求。与现有技术相比，本实用新型的电路采用FPGA芯片替代STM32芯片，由于FPGA(现场可编程门阵列)是可编程器件，由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成，属于硬件编程，相比STM32芯片的地磁传感器驱动电路具有运行速度快，系统稳定，实时性好的优点。
进一步的，所述地磁传感器为线圈式地磁传感器。使用时，地磁传感器的线圈两端分别与磁控制芯片连接，其接线方式简单，有利于简化电路结构。
进一步的，所述磁控制芯片为PNI-13156磁芯片，所述传感器为PNI-13104传感器。
进一步的，FPGA芯片为EP4CE6E22C8N型芯片，所述信号检测模块设有6组，并联地与FPGA芯片的同一组SPI接口电连接。由于EP4CE6E22C8N型芯片具有三组SPI接口，每组SPI接口可同时与6个磁芯片连接，仅用于驱动地磁传感器时，可根据需求增加信号检测模块的数量。
进一步的，所述电源模块包括24V电源供电端、第一降压模块和若干个第二降压模块，所述第一降压模块的输入端与24V电源供电端电连接，其输出端与第二降压模块的输入端连接，所述第二降压模块的输出端与主控模块、信号检测模块的电源接口电连接。本方案的第一降压模块用于将24V电源调制为5V电源，第二降压模块用于将5V电源调制为主控模块、信号检测模块的适用工作电源。
进一步的，还包括滤波电路，所述滤波电路与主控模块的电源接口并联。
进一步的，所述主控模块包括晶振电路，所述晶振电路与FPGA芯片时钟信号输入接口电连接。
本实用新型的另一个发明目的在于提供一种电路板，所述电路板包括电路板本体以及上述方案的地磁传感器阵列驱动电路。与现有技术相比，本实用新型的电路板具有上述方案的电路，因此，具有上述电路的所有优点。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图1；
图2是本实用新型的电路原理图2；
图3是本实用新型的电路布置图；
图4是供电模块的电路原理图；
图5是存储模块的电路布置图。
具体实施方式
参考图1-5所示，本实用新型公开了一种基于FPGA的地磁传感器阵列驱动电路，包括电源模块、主控模块和若干组信号检测模块。电源模块为所述地磁传感器阵列驱动电路供电；主控模块包括一FPGA芯片，每组信号检测模块包括一磁控制芯片和三个地磁传感器，所述磁控制芯片包括一组信号传输接口和三组传感器连接口，所述信号传输接口用于与FPGA芯片的SPI接口连接，以建立两者的通信，所述三组传感器连接口分别与三组地磁传感器一一对应连接；所述FPGA芯片通过SPI接口发送控制信号并接收磁感应信号，所述磁控制芯片通过传感器连接口与地磁传感器连接，以接收感应磁场形成的电流信号，并生成所述磁感应信号。
上述FPGA芯片为EP4CE6E22C8N型芯片，由于EP4CE6E22C8N型芯片具有三组SPI接口，每组SPI接口可同时与6个磁芯片连接，仅用于驱动地磁传感器时，可同时驱动54个地磁传感器，可实现AGV高精度、快速定位。
为便于电路连接，所述地磁传感器为线圈式地磁传感器，使用时，地磁传感器的线圈两端分别与磁控制芯片连接。
上述磁芯片为PNI-13156磁芯片，所述传感器为PNI-13104传感器。具体的，如图3所示，L1、L2、L3均为地磁传感器，其分别与PNI-13156磁芯片U1的传感器连接口电连接，PNI-13156磁芯片的SCLK/SCL接口与FPGA芯片的SCLK接口电连接，用于接收时钟信号；MISO/SAI接口与FPGA芯片的MISO接口电连接，用于发送磁传感信号，MOSI/SDA接口与FPGA芯片的MOSI接口电连接，用于接收控制信号；DVDD、AVDD接口用于与电源模块连接，用于接入电源，其余接口空置。
上述电源模块包括24V电源供电端、第一降压模块和若干个第二降压模块，所述第一降压模块的输入端与24V电源供电端电连接，其输出端与第二降压模块的输入端连接，所述第二降压模块的输出端与主控模块、信号检测模块的电源接口电连接。本实施例的第一降压模块、第二降压模块可采用现有的降压电路或降压器件，因此，本实施例不再详细描述。
在一实施例中，还包括滤波电路(图中未示)，所述滤波电路与主控模块的电源接口并联，以时接入主控模块的电源信号持续、稳定。
上述滤波电路有若干个并联的滤波电路组成。
上述主控模块包括晶振电路(图中未示)，所述晶振电路与FPGA芯片时钟信号输入接口电连接，以为电路提供时钟信号。
上述晶振电路为50MHZ的有源晶振电路。
上述主控模块包括存储模块，所述存储模块包括EPCS16芯片，参见图5所示，所述EPCS16芯片的DATA接口、DCLK接口、nCS接口、ASDI接口分别与FADA芯片的DATA接口、DCLK接口、nCSO接口、ASCO接口电连接一一对应连接。EPCS16属于串行配置器件系列，其作为存储器具有大容量、低成本的优点。
本实用新型的地磁传感器阵列驱动电路通过FPGA芯片驱动若干组信号检测模块工作，每组的信号检测模块具有三个地磁传感器，从而通过一FPGA芯片同时驱动控制多个地磁传感器。与现有技术相比，本实用新型的电路采用FPGA芯片替代STM32芯片，由于FPGA(现场可编程门阵列)是可编程器件，由逻辑单元、RAM、乘法器等硬件资源组成，属于硬件编程，相比STM32芯片的地磁传感器驱动电路具有运行速度快，系统稳定，实时性好的优点。
本实用新型还公开了一种电路板，所述电路板包括电路板本体以及上述方案的地磁传感器阵列驱动电路。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (7)
1.基于FPGA的地磁传感器阵列驱动电路，其特征在于，包括：
电源模块，为所述地磁传感器阵列驱动电路供电；
主控模块，包括一FPGA芯片，
若干组信号检测模块，每组信号检测模块包括一磁控制芯片和三个地磁传感器，所述磁控制芯片包括一组信号传输接口和三组传感器连接口，所述信号传输接口用于与FPGA芯片的SPI接口连接，以建立两者的通信，所述三组传感器连接口分别与三个地磁传感器一一对应连接；
所述FPGA芯片通过SPI接口发送控制信号并接收磁感应信号，所述磁控制芯片通过传感器连接口与地磁传感器连接，以接收地磁传感器感应磁场形成的电流信号，并生成所述磁感应信号。
2.根据权利要求1所述的地磁传感器阵列驱动电路，其特征在于：所述地磁传感器为线圈式地磁传感器。
3.根据权利要求2所述的地磁传感器阵列驱动电路，其特征在于：所述磁控制芯片为PNI-13156磁芯片，所述传感器为PNI-13104传感器。
4.根据权利要求1所述的地磁传感器阵列驱动电路，其特征在于：所述FPGA芯片为EP4CE6E22C8N型芯片，所述信号检测模块设有6组，并联地与FPGA芯片上的同一组SPI接口电连接。
5.根据权利要求2所述的地磁传感器阵列驱动电路，其特征在于：所述电源模块包括24V电源供电端、第一降压模块和若干个第二降压模块，所述第一降压模块的输入端与24V电源供电端电连接，其输出端与第二降压模块的输入端连接，所述第二降压模块的输出端与主控模块、信号检测模块的电源接口电连接。
6.根据权利要求1所述的地磁传感器阵列驱动电路，其特征在于：还包括滤波电路，所述滤波电路与主控模块的电源接口并联。
7.电路板，所述电路板包括电路板本体和设置在其上的电路，其特征在于：所述电路为根据权利要求1-6任一项所述的地磁传感器阵列驱动电路。
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2022
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