测绘机器人控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种管道测绘机器人的控制电路。


背景技术：

2.管线工程测量是在管线施工完毕后，最终测量结果绘制平、断面竣工图，以及在后续兼修中重新绘制平、断面图。根据平、断面竣工图与实际测得的平、断面图对管道进行评测。现实中由于管道错综复杂，检测困难。自管道测绘机器人的概念提出以后，管道测绘学得以简化。
3.针对管道内部环需求，需要设计并优化测绘机器人控制电路。


技术实现要素：

4.为了优化测绘机器人电路并依旧能实现对管道内的状态检测的需求，同时避免因为电池不足而使得测绘机器人停留在管道内无法移动出来的问题，提出一种管道测绘机器人的测绘机器人控制电路。
5.本技术提供一种测绘机器人控制电路，包括：
6.muc电路，包括：muc和ams1117稳压电路；
7.muc的pc15端与pc14端上并联晶振y1，pc14端通过电容c1接地，pc15端通过电容c2接地，vcap_1端通过电容c3接地，vcap_2端通过电容c4接地，osc_in和osc_out端口上并联电阻r2和晶振y2，osc_in通过电容c5接地，osc_out通过电容c6接地，
8.电容c9、c10、c11、c12、c13和c14为旁路电容均一端接vcc_3.3另一端接地，nrst端与按压开关s1的第一端电连接，按压开关s1的第二端接地，电容c15与开关s1并联，按压开关s1的第一端通过电阻r6与vcc_3.3电连接，boot0端与按压开关s2的第一端电连接，通过电阻r8接地，按压开关s2的第二端通过电阻r7与vcc_3.3电连接，
9.pb1端通过电阻r1接地，
10.vdd_1、vdd_2、vdd_3、vdd_4和vdd_5端均与vcc_3.3电连接，
11.vss_2、vss_3、vss_4和vss_5均接地，
12.vdd端和vdda端通过电阻r4与vcc_3.3电连接，与电容c7的第一端电连接，电容c8与电容c7并联，电容c7的第二端与vref-端电连接，与电阻r5的第一端电连接，电阻r5的第二端接地，vref+端通过电阻r3与vdd端电连接；
13.ams1117的vin端与vcc_5电连接vout端与vcc_3.3端电连接gnd端接地，极性电容c16正极与vcc_5电连接负极接地，电容c17与极性电容c16并联，极性电容c19正极与vcc_3.3电连接负极接地，电容c18与极性电容c19并联；电源管理电路，为整个机器人所有用电设备提供电源供应，由电池供电，并提供vcc_5和vcc_10直流输出；
14.电机驱动电路，由双路h桥集成芯片tb6612fng芯片驱动提供电机驱动能力传感器接口电路，用于为机器人传感器连接mcu提供串口，与mcu电连接；电池接口电路，用于读取电池数据并传递给mcu，与电池电连接，与mcu电连接。
15.其中y1、c1、c2构成震荡电路连接pc14-pc15端口；y2、c5、c6构成时钟震荡电路连接osc_in和osc_out端口。r6,s1,c15构成复位电路(物理按键重启)接nest端口；r7,r8,s2实现boot0固件下载连接boot0端口；ams1117-3.3是确保mcu的工作电源稳压。
16.作为优选，所述的mcu使用stm32芯片。
17.作为优选，所述的电源管理电路包括：
18.u3的vin端与极性电容c20正极、电容c21一端和电容c22一端电连接，电容c22的另一端与vc端电连接，sw端与二极管d1的负极、电感l147uh的一端电连接，电感l147uh的另一端与电阻r11的一端、电容c23的一端极性电容c24的正极、电阻r13的一端以及输出端vcc_5电连接，电阻r11的另一端与u3的fb端以及电阻r12的一端电连接，电阻r13的另一端与发光二极管ds3的正极电连接，
19.gnd端、电容c20负极、电容c21的另一端、二极管d1的正极、电阻r12的另一端、电容c23的另一端、极性电容c24的负极以及发光二极管ds3的负极接地；
20.u4的vin端与极性电容c25正极、电容c26一端和电容c27一端电连接，电容c27的另一端与vc端电连接，sw端与二极管d2的负极、电感l247uh的一端电连接，电感l247uh的另一端与电阻r14的一端、电容c28的一端极性电容c29的正极、电阻r16的一端以及输出端vcc_10电连接，电阻r14的另一端与u4的fb端以及电阻r15的一端电连接，电阻r15的另一端与发光二极管ds4的正极电连接，
21.gnd端、电容c25负极、电容c26的另一端、二极管d2的正极、电阻r15的另一端、电容c28的另一端、极性电容c29的负极以及发光二极管ds4的负极接地；
22.芯片u3和芯片u4均使用xl4015。
23.电源管理电路部分主要为整个测绘机器人所有用电设备提供电源供应，因为不同用电设备所需的电压值不同(比如电机所需12v、上位机、传感器类和芯片类所需5v)为了满足机器人整体工作用电需求电源管理电路提供了稳压12v和稳压5v各5a的稳压电路，稳压电路原理由xl4015稳压芯片、47uh电感、旁路电容、电压调节分压电阻等组成实现电源管理电路部分。
24.作为优选，所述的电机驱动电路包括：芯片u5的ain1、bin1端口与pe5端口连接，ain2、bin2端口与pe6端口连接，pwma、pwmb端口与pb6端口连接，电机驱动芯片u6的ain1、bin1端口与pe7端口连接，ain2、bin2端口与pe8端口连接，pwma、pwmb端口与pb7端口连接，电机驱动芯片u7的ain1、bin1端口与pe8端口连接，ain2、bin2端口与pe9端口连接，pwma、pwmb端口与pb8端口连接。
25.电机驱动电路主要由双路h桥集成芯片tb6612fng芯片驱动提供电机驱动能力，每一路电机驱动电路可提供最高2a电流的驱动能力，电机功率控制由于mcu通过ttl电平信号(pwm)占空比控制电机驱动芯片tb6612fng的输出电路，从而实现由于mcu信号控制电机转速及工作功率。
26.作为优选，所述的传感器接口电路包括：
27.传感器模拟输入口，使用3pin接口，其中1口与vcc_3.3电连接，2口接地，3口与mcu的adc口电连接；
28.ttl串口，使用4pin接口，其中1口与vcc_5电连接，2口接地，3口与mcu的tx电连接，4口与mcu的rx口电连接；
29.测水电极输入口，使用2pin接口，其中2口与电阻r32第一端以及电阻r33第一端电连接，电阻r32第二端与vcc_3.3电连接，电阻r33的第二端与muc的adc5端以及三极管q1的c极电连接，1口与三极管q1的b极电连接，三极管q1的e极接地。
30.传感器接口部分电路主要为pcb电路控制板与外接传感器等连接接口，如红外测距传感器模拟口输入p17-p19、两路i2c通讯接口p24-p25、四路ttl串口p20-p23、一路测水电极输入口p16，以实现机器人在被测管道内通过多种传感器检测管道内部环境。
31.作为优选，所述的电池接口电路，包括：
32.芯片u10，1口与2口均与电池输出端以及电阻r24的第一端电连接，3口与4口均与开关p27的1口电连接，5口与电容c52的第一端电连接，6口与c52的第二端电连接，
33.电容c52的第一端接地，7口与电阻r22的第一端电连接，8口与vcc5以及电容c51的第一端电连接；
34.芯片u10使用as712-05芯片；
35.电阻r24的第二端串联电阻r25接地，c52的第一端接地，电阻r22的第二端与电阻r23的第一端以及a-s端口电连接，电阻r23的第二端接地，电容c51的第二端接地。
36.电池接口及电池监测电路主要功能是为机器人提供电能的蓄电池的接入，具有电阻分压方式的电压值读取和工作电流监测(原理是霍尔感应原理，利用电力检测集成芯片as712-05来感应工作电路)使机器人能够实时检测到蓄电池的实时电量百分比和工作电流状态。出现电量较低和电流异常时就会被监测到。
37.本实用新型的优点在于：建立了一种高度可扩展的围绕mcu的电路并且对使用本电路的测绘机器人的电池也做到了监测，从而使得使用本电路的机器人能够避免因为电池不足而使得机器人停留在管道内无法移动的情况。
附图说明
38.图1本实用新型的mcu端口图；
39.图2本实用新型的mcu周边电路图；
40.图3本实用新型的电机驱动电路；
41.图4本实用新型的传感器接口及通讯接口电路；
42.图5本实用新型的电池接口及电池监测电路；
43.图6本实用新型的电源管理电路。
具体实施方式
44.实施例1
45.如图1和图2所示的测绘机器人控制电路，包括：
46.muc电路，包括：muc和ams1117稳压电路；
47.muc的pc15端与pc14端上并联晶振y1，pc14端通过电容c1接地，pc15端通过电容c2接地，vcap_1端通过电容c3接地，vcap_2端通过电容c4接地，osc_in和osc_out端口上并联电阻r2和晶振y2，osc_in通过电容c5接地，osc_out通过电容c6接地，
48.电容c9、c10、c11、c12、c13和c14为旁路电容均一端接vcc_3.3另一端接地，nrst端与按压开关s1的第一端电连接，按压开关s1的第二端接地，电容c15与开关s1并联，按压开
关s1的第一端通过电阻r6与vcc_3.3电连接，boot0端与按压开关s2的第一端电连接，通过电阻r8接地，按压开关s2的第二端通过电阻r7与vcc_3.3电连接，
49.pb1端通过电阻r1接地，
50.vdd_1、vdd_2、vdd_3、vdd_4和vdd_5端均与vcc_3.3电连接，
51.vss_2、vss_3、vss_4和vss_5均接地，
52.vdd端和vdda端通过电阻r4与vcc_3.3电连接，与电容c7的第一端电连接，电容c8与电容c7并联，电容c7的第二端与vref-端电连接，与电阻r5的第一端电连接，电阻r5的第二端接地，vref+端通过电阻r3与vdd端电连接；
53.ams1117的vin端与vcc_5电连接vout端与vcc_3.3端电连接gnd端接地，极性电容c16正极与vcc_5电连接负极接地，电容c17与极性电容c16并联，极性电容c19正极与vcc_3.3电连接负极接地，电容c18与极性电容c19并联；电源管理电路，为整个机器人所有用电设备提供电源供应，由电池供电，并提供vcc_5和vcc_10直流输出；
54.电机驱动电路，由双路h桥集成芯片tb6612fng芯片驱动提供电机驱动能力传感器接口电路，用于为机器人传感器连接mcu提供串口，与mcu电连接；电池接口电路，用于读取电池数据并传递给mcu，与电池电连接，与mcu电连接。
55.其中y1、c1、c2构成震荡电路连接pc14-pc15端口；y2、c5、c6构成时钟震荡电路连接osc_in和osc_out端口。r6,s1,c15构成复位电路(物理按键重启)接nest端口；r7,r8,s2实现boot0固件下载连接boot0端口；ams1117-3.3是确保mcu的工作电源稳压。
56.所述的mcu使用stm32芯片。
57.如图6所示的电源管理电路包括：
58.u3的vin端与极性电容c20正极、电容c21一端和电容c22一端电连接，电容c22的另一端与vc端电连接，sw端与二极管d1的负极、电感l147uh的一端电连接，电感l147uh的另一端与电阻r11的一端、电容c23的一端极性电容c24的正极、电阻r13的一端以及输出端vcc_5电连接，电阻r11的另一端与u3的fb端以及电阻r12的一端电连接，电阻r13的另一端与发光二极管ds3的正极电连接，
59.gnd端、电容c20负极、电容c21的另一端、二极管d1的正极、电阻r12的另一端、电容c23的另一端、极性电容c24的负极以及发光二极管ds3的负极接地；
60.u4的vin端与极性电容c25正极、电容c26一端和电容c27一端电连接，电容c27的另一端与vc端电连接，sw端与二极管d2的负极、电感l247uh的一端电连接，电感l247uh的另一端与电阻r14的一端、电容c28的一端极性电容c29的正极、电阻r16的一端以及输出端vcc_10电连接，电阻r14的另一端与u4的fb端以及电阻r15的一端电连接，电阻r15的另一端与发光二极管ds4的正极电连接，
61.gnd端、电容c25负极、电容c26的另一端、二极管d2的正极、电阻r15的另一端、电容c28的另一端、极性电容c29的负极以及发光二极管ds4的负极接地；
62.芯片u3和芯片u4均使用xl4015。
63.电源管理电路部分主要为整个测绘机器人所有用电设备提供电源供应，因为不同用电设备所需的电压值不同(比如电机所需12v、上位机、传感器类和芯片类所需5v)为了满足机器人整体工作用电需求电源管理电路提供了稳压12v和稳压5v各5a的稳压电路，稳压电路原理由xl4015稳压芯片、47uh电感、旁路电容、电压调节分压电阻等组成实现电源管理
电路部分。
64.如图3所示的电机驱动电路包括：芯片u5的ain1、bin1端口与pe5端口连接，ain2、bin2端口与pe6端口连接，pwma、pwmb端口与pb6端口连接，电机驱动芯片u6的ain1、bin1端口与pe7端口连接，ain2、bin2端口与pe8端口连接，pwma、pwmb端口与pb7端口连接，电机驱动芯片u7的ain1、bin1端口与pe8端口连接，ain2、bin2端口与pe9端口连接，pwma、pwmb端口与pb8端口连接。
65.电机驱动电路主要由双路h桥集成芯片tb6612fng芯片驱动提供电机驱动能力，每一路电机驱动电路可提供最高2a电流的驱动能力，电机功率控制由于mcu通过ttl电平信号(pwm)占空比控制电机驱动芯片tb6612fng的输出电路，从而实现由于mcu信号控制电机转速及工作功率。
66.如图4所示的传感器接口电路包括：
67.传感器模拟输入口，使用3pin接口，其中1口与vcc_3.3电连接，2口接地，3口与mcu的adc口电连接；
68.ttl串口，使用4pin接口，其中1口与vcc_5电连接，2口接地，3口与mcu的tx电连接，4口与mcu的rx口电连接；
69.测水电极输入口，使用2pin接口，其中2口与电阻r32第一端以及电阻r33第一端电连接，电阻r32第二端与vcc_3.3电连接，电阻r33的第二端与muc的adc5端以及三极管q1的c极电连接，1口与三极管q1的b极电连接，三极管q1的e极接地。
70.传感器接口部分电路主要为pcb电路控制板与外接传感器等连接接口，如红外测距传感器模拟口输入p17-p19、两路i2c通讯接口p24-p25、四路ttl串口p20-p23、一路测水电极输入口p16，以实现机器人在被测管道内通过多种传感器检测管道内部环境。
71.如图5所示的电池接口电路，包括：
72.芯片u10，1口与2口均与电池输出端以及电阻r24的第一端电连接，3口与4口均与开关p27的1口电连接，5口与电容c52的第一端电连接，6口与c52的第二端电连接，
73.电容c52的第一端接地，7口与电阻r22的第一端电连接，8口与vcc5以及电容c51的第一端电连接；
74.芯片u10使用as712-05芯片；
75.电阻r24的第二端串联电阻r25接地，c52的第一端接地，电阻r22的第二端与电阻r23的第一端以及a-s端口电连接，电阻r23的第二端接地，电容c51的第二端接地。
76.电池接口及电池监测电路主要功能是为测绘机器人提供电能的蓄电池的接入，具有电阻分压方式的电压值读取和工作电流监测(原理是霍尔感应原理，利用电力检测集成芯片as712-05来感应工作电路)使机器人能够实时检测到蓄电池的实时电量百分比和工作电流状态。出现电量较低和电流异常时就会被监测到。

技术特征：
1.一种测绘机器人控制电路，其特征在于，包括：muc电路，包括：muc和ams1117稳压电路；muc的pc15端与pc14端上并联晶振y1，pc14端通过电容c1接地，pc15端通过电容c2接地，vcap_1端通过电容c3接地，vcap_2端通过电容c4接地，osc_in和osc_out端口上并联电阻r2和晶振y2，osc_in通过电容c5接地，osc_out通过电容c6接地，电容c9、c10、c11、c12、c13和c14为旁路电容均一端接vcc_3.3另一端接地，nrst端与按压开关s1的第一端电连接，按压开关s1的第二端接地，电容c15与开关s1并联，按压开关s1的第一端通过电阻r6与vcc_3.3电连接，boot0端与按压开关s2的第一端电连接，通过电阻r8接地，按压开关s2的第二端通过电阻r7与vcc_3.3电连接，pb1端通过电阻r1接地，vdd_1、vdd_2、vdd_3、vdd_4和vdd_5端均与vcc_3.3电连接，vss_2、vss_3、vss_4和vss_5均接地，vdd端和vdda端通过电阻r4与vcc_3.3电连接，与电容c7的第一端电连接，电容c8与电容c7并联，电容c7的第二端与vref-端电连接，与电阻r5的第一端电连接，电阻r5的第二端接地，vref+端通过电阻r3与vdd端电连接；ams1117的vin端与vcc_5电连接vout端与vcc_3.3端电连接gnd端接地，极性电容c16正极与vcc_5电连接负极接地，电容c17与极性电容c16并联，极性电容c19正极与vcc_3.3电连接负极接地，电容c18与极性电容c19并联；电源管理电路，为整个机器人所有用电设备提供电源供应，由电池供电，并提供vcc_5和vcc_10直流输出；电机驱动电路，由双路h桥集成芯片tb6612fng芯片驱动提供电机驱动能力传感器接口电路，用于为机器人传感器连接mcu提供串口，与mcu电连接；电池接口电路，用于读取电池数据并传递给mcu，与电池电连接，与mcu电连接。2.根据权利要求1所述的测绘机器人控制电路，其特征在于，所述的mcu使用stm32芯片。3.根据权利要求1所述的测绘机器人控制电路，其特征在于，所述的电源管理电路包括：u3的vin端与极性电容c20正极、电容c21一端和电容c22一端电连接，电容c22的另一端与vc端电连接，sw端与二极管d1的负极、电感l147uh的一端电连接，电感l147uh的另一端与电阻r11的一端、电容c23的一端极性电容c24的正极、电阻r13的一端以及输出端vcc_5电连接，电阻r11的另一端与u3的fb端以及电阻r12的一端电连接，电阻r13的另一端与发光二极管ds3的正极电连接，gnd端、电容c20负极、电容c21的另一端、二极管d1的正极、电阻r12的另一端、电容c23的另一端、极性电容c24的负极以及发光二极管ds3的负极接地；u4的vin端与极性电容c25正极、电容c26一端和电容c27一端电连接，电容c27的另一端与vc端电连接，sw端与二极管d2的负极、电感l247uh的一端电连接，电感l247uh的另一端与电阻r14的一端、电容c28的一端极性电容c29的正极、电阻r16的一端以及输出端vcc_10电
连接，电阻r14的另一端与u4的fb端以及电阻r15的一端电连接，电阻r15的另一端与发光二极管ds4的正极电连接，gnd端、电容c25负极、电容c26的另一端、二极管d2的正极、电阻r15的另一端、电容c28的另一端、极性电容c29的负极以及发光二极管ds4的负极接地；芯片u3和芯片u4均使用xl4015。4.根据权利要求1所述的机器人控制电路，其特征在于，所述的电机驱动电路包括：芯片u5的ain1、bin1端口与pe5端口连接，ain2、bin2端口与pe6端口连接，pwma、pwmb端口与pb6端口连接，电机驱动芯片u6的ain1、bin1端口与pe7端口连接，ain2、bin2端口与pe8端口连接，pwma、pwmb端口与pb7端口连接，电机驱动芯片u7的ain1、bin1端口与pe8端口连接，ain2、bin2端口与pe9端口连接，pwma、pwmb端口与pb8端口连接。5.根据权利要求1所述的测绘机器人控制电路，其特征在于，所述的传感器接口电路包括：传感器模拟输入口，使用3pin接口，其中1口与vcc_3.3电连接，2口接地，3口与mcu的adc口电连接；ttl串口，使用4pin接口，其中1口与vcc_5电连接，2口接地，3口与mcu的tx电连接，4口与mcu的rx口电连接；测水电极输入口，使用2pin接口，其中2口与电阻r32第一端以及电阻r33第一端电连接，电阻r32第二端与vcc_3.3电连接，电阻r33的第二端与muc的adc5端以及三极管q1的c极电连接，1口与三极管q1的b极电连接，三极管q1的e极接地。6.根据权利要求1所述的测绘机器人控制电路，其特征在于，所述的电池接口电路，包括：芯片u10，1口与2口均与电池输出端以及电阻r24的第一端电连接，3口与4口均与开关p27的1口电连接，5口与电容c52的第一端电连接，6口与c52的第二端电连接，电容c52的第一端接地，7口与电阻r22的第一端电连接，8口与vcc5以及电容c51的第一端电连接；芯片u10使用as712-05芯片；电阻r24的第二端串联电阻r25接地，c52的第一端接地，电阻r22的第二端与电阻r23的第一端以及a-s端口电连接，电阻r23的第二端接地，电容c51的第二端接地。

技术总结
为了优化机器人电路并依旧能实现对管道内的状态检测的需求，同时避免因为电池不足而使得机器人停留在管道内无法移动出来的问题，提出一种管道测绘机器人的测绘机器人控制电路，包括：MUC电路，电源管理电路，为整个机器人所有用电设备提供电源供应，由电池供电，并提供VCC_5和VCC_10直流输出；电机驱动电路，由双路H桥集成芯片TB6612FNG芯片驱动提供电机驱动能力；传感器接口电路，用于为机器人传感器连接MCU提供串口，与MCU电连接；电池接口电路，用于读取电池数据并传递给MCU，与电池电连接，与MCU电连接。与MCU电连接。与MCU电连接。


技术研发人员：徐平 陈兴华 文鹏 包利涛 张治牧
受保护的技术使用者：杭州赫恩数字技术有限公司
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/7/28