一種基于單片機的舵機驅動裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于設備驅動技術領域，涉及一種基于單片機的舵機驅動裝置，電源模塊中的+5和+3.3端口分別與主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊中對應的電源端口連接，主控模塊中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊中的RXD1和TXD1端口連接，PWM輸出模塊為直接驅動外部舵機的模塊，設有的十八路PWM端口分別與主控模塊連接，通過改變PWM的占空比改變對舵機的轉角數值以實現對舵機動作的控制；主控模塊以STC15W4K60S4單片機為控制核心；串口模塊為主控模塊中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發送器即P0.2和P0.3端口，能夠實現對STC15W4K60S4的程序下載及其與計算機端上位機之間的數據通訊；整體驅動裝置具有足夠的驅動能力，且性能穩定、成本低廉、控制精確。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術屬于設備驅動
，涉及一種基于單片機的舵機驅動裝置，采用國產8位單片機STC15W4K60S4作為控制核心，實現驅動能力強、性能穩定和成本低廉的功效。
技術介紹
：舵機最早是船舶上的一種大甲板機械，用于控制船舶轉向，而在航天方面，舵機也應用廣泛，導彈姿態變換的俯仰、偏航、滾轉運動等都是靠舵機相互配合完成的。舵機也叫伺服電機，由于其可以通過程序連續控制其轉角，因而也被廣泛應用于遙控航空、航天模型、智能機器等場合，以實現控制動作、改變轉向以及機器人各類關節運動等功能。舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器等構成，其工作原理是由接收機發出訊號給舵機，經由電路板上的IC判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位；其作為轉向的控制機構，具有體積小、力矩大、外部機械設計簡單、穩定性高等特點，無論是在硬件設計還是軟件設計方面，舵機設計均是智能機器人和航天模型等控制部分重要的組成。舵機的動作是由控制芯片輸出的特定PWM來進行控制的，而PWM的產生則是由預先下載寫入到微控制器中的程序來控制的。當外部系統應用了較多的舵機時，采用專門的驅動板來完成每個舵機的驅動，能夠有效提高工作效率、簡化系統結構。現有技術中的舵機驅動板大都存在兩方面的缺陷：一方面售價昂貴，特別是能驅動二三十路以上舵機的驅動板，其價格對于普通研究者和業余愛好者都是難以接受的；另一方面，現有技術中很少有公開舵機驅動板的控制芯片型號的，例如中國專利ZL 201610158159.5公開的一種多關節小型機器人電控系統，中國專利ZL 201510918141.6公開的一種基于剛柔一體化印制板的飛行控制器等，均未明確公開驅動舵機的控制芯片型號，而且檢索現有的專利技術，很難檢索到有關于舵機驅動板的相關內容，使得很多研究者對控制芯片性能和成本等方面的參數無法進行準確評估和深入研究。因此本申請設計出一種基于STC15W4K60S4的舵機驅動板，能夠驅動多路舵機完成各種動作。
技術實現思路
：本專利技術的目的在于克服現有技術存在的缺點，設計一種基于STC15W4K60S4單片機的舵機驅動裝置，驅動舵機的數量在18-22路以上，能夠滿足絕大多數用戶的基本需求。本專利技術涉及的舵機驅動裝置主體結構包括電源模塊、主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊，電源模塊中的+5和+3.3端口分別與主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊中對應的電源端口連接以提供工作電源；主控模塊中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊中的RXD1和TXD1端口連接，以實現數據通訊功能；PWM輸出模塊為直接驅動外部舵機的模塊，設有的十八路PWM端口分別與主控模塊的P2.4-P2.7、P7.4-P7.7、P4.5、P4.6、P0.0、P0.1、P0.4、P5.2、P6.6-P6.4、P4.0連接，通過改變PWM的占空比改變對舵機的轉角數值以實現對舵機動作的控制；電源模塊由兩組降壓轉換電路組成，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源分別供給所連接的功能模塊；主控模塊以STC15W4K60S4單片機為控制核心；串口模塊為主控模塊中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發送器即P0.2和P0.3端口，能夠實現對STC15W4K60S4的程序下載及其與計算機端上位機之間的數據通訊；所述的舵機驅動裝置的運行過程：將舵機驅動裝置與外部電源連接后，由電源模塊將外部電源轉換成各模塊需要的工作電壓后供給所有模塊；主控模塊上電后先進行復位操作以恢復至默認狀態，然后開始運行預先寫入的程序并生成所需要的PWM信號傳輸至PWM輸出模塊，PWM輸出模塊將PWM信號通過PWM輸出端口輸出至舵機，通過調節PWM的占空比使得舵機產生不同的轉角以控制舵機工作；主控模塊通過串口模塊與計算機端上位機之間進行串行通訊，計算機端上位機能夠實時讀取當前各項動態參數，或對輸出的PWM信號參數進行實時更改，并將修改后的參數保存至舵機驅動裝置的主控模塊中，當主控模塊與計算機端上位機之間通訊中斷后，舵機驅動裝置能夠根據已經保存在主控模塊中的參數控制外部舵機完成相應動作。進一步的，所述電源模塊由兩組降壓轉換電路組成，一組降壓轉換電路是將+7.2V降壓到+5V的轉換電路，另一組降壓轉換電路是將+5V降壓到+3.3V的轉換電路，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源，每組降壓轉換電路的電源正極與大地之間并連有去耦電容，減少負載帶給電源的波紋。進一步的，所述主控模塊采用型號為STC15W4K60S4的單片機芯片為控制核心；所述PWM輸出模塊輸出的PWM共十八路，用于分別實現對十八路舵機的控制，每路的PWM由電源、大地和PWM輸出端口組成，每路的PWM輸出端口與舵機相連后能夠通過控制輸出PWM的占空比實現對舵機工作的控制。本專利技術與現有技術相比，主控模塊中使用的控制芯片為8位微處理器STC15W4K60S4，性能強大，成本較低，微處理器的通訊端口和下載端口能夠復用，便于進行后續固件升級；電源模塊供電采用切換式方案，能夠兼容不同工作電壓的舵機；設計的串口模塊設計能夠與專用上位機連接，進而實現在可視化頁面對舵機進行操作控制；整體驅動裝置具有足夠的驅動能力，且性能穩定、成本低廉、控制精確。附圖說明：圖1為本專利技術涉及的舵機驅動裝置的結構模塊示意圖。圖2為本專利技術中涉及的電源模塊的組成結構原理示意圖。圖3為本專利技術中涉及的主控模塊的結構原理示意圖。圖4為本專利技術中涉及的串口模塊的結構原理示意圖。圖5為本專利技術中涉及的PWM輸出模塊的結構原理示意圖。具體實施方式：下面通過實施例并結合附圖對本專利技術做進一步描述，但本專利技術并不僅限于以下實施方式。實施例：本實施例涉及到的舵機驅動裝置主體結構包括電源模塊1、主控模塊2、串口模塊3和PWM輸出模塊4(如圖1所示)，電源模塊1中的+5和+3.3端口分別與主控模塊2、串口模塊3和PWM輸出模塊4中對應的電源端口連接以提供工作電源；主控模塊2中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊3中的RXD1和TXD1端口連接，以實現數據通訊功能；PWM輸出模塊4為直接驅動外部舵機的模塊，設有的十八路PWM端口(PWM1-PWM18)分別與主控模塊2的P2.4-P2.7、P7.4-P7.7、P4.5、P4.6、P0.0、P0.1、P0.4、P5.2、P6.6-P6.4、P4.0連接，通過改變PWM的占空比改變對舵機的轉角數值以實現對舵機動作的控制；電源模塊1由兩組降壓轉換電路組成，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源分別供給所連接的功能模塊；主控模塊2以STC15W4K60S4單片機為控制核心；串口模塊3為主控模塊2中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發送器4即P0.2和P0.3端口，能夠實現對STC15W4K60S4的程序下載及其與計算機端上位機之間的數據通訊；所述的舵機驅動裝置的運行過程：將舵機驅動裝置與外部電源連接后，由電源模塊1將外部電源轉換成各模塊需要的工作電壓后供給所有模塊；主控模塊2上電后先進行復位操作以恢復至默認狀態，然后開始本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于單片機的舵機驅動裝置，其特征在于主體結構包括電源模塊、主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊，電源模塊中的+5和+3.3端口分別與主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊中對應的電源端口連接以提供工作電源；主控模塊中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊中的RXD1和TXD1端口連接，以實現數據通訊功能；PWM輸出模塊為直接驅動外部舵機的模塊，設有的十八路PWM端口分別與主控模塊的P2.4?P2.7、P7.4?P7.7、P4.5、P4.6、P0.0、P0.1、P0.4、P5.2、P6.6?P6.4、P4.0連接，通過改變PWM的占空比改變對舵機的轉角數值以實現對舵機動作的控制；電源模塊由兩組降壓轉換電路組成，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源分別供給所連接的功能模塊；主控模塊以STC15W4K60S4單片機為控制核心；串口模塊為主控模塊中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發送器即P0.2和P0.3端口，能夠實現對STC15W4K60S4的程序下載及其與計算機端上位機之間的數據通訊；所述舵機驅動裝置的運行過程：將舵機驅動裝置與外部電源連接后，由電源模塊將外部電源轉換成各模塊需要的工作電壓后供給所有模塊；主控模塊上電后先進行復位操作以恢復至默認狀態，然后開始運行預先寫入的程序并生成所需要的PWM信號傳輸至PWM輸出模塊，PWM輸出模塊將PWM信號通過PWM輸出端口輸出至舵機，通過調節PWM的占空比使得舵機產生不同的轉角以控制舵機工作；主控模塊通過串口模塊與計算機端上位機之間進行串行通訊，計算機端上位機能夠實時讀取當前各項動態參數，或對輸出的PWM信號參數進行實時更改，并將修改后的參數保存至舵機驅動裝置的主控模塊中，當主控模塊與計算機端上位機之間通訊中斷后，舵機驅動裝置能夠根據已經保存在主控模塊中的參數控制外部舵機完成相應動作。...

【技術特征摘要】
1.一種基于單片機的舵機驅動裝置，其特征在于主體結構包括電源模塊、主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊，電源模塊中的+5和+3.3端口分別與主控模塊、串口模塊和PWM輸出模塊中對應的電源端口連接以提供工作電源；主控模塊中的TXD1端口和RXD2端口與串口模塊中的RXD1和TXD1端口連接，以實現數據通訊功能；PWM輸出模塊為直接驅動外部舵機的模塊，設有的十八路PWM端口分別與主控模塊的P2.4-P2.7、P7.4-P7.7、P4.5、P4.6、P0.0、P0.1、P0.4、P5.2、P6.6-P6.4、P4.0連接，通過改變PWM的占空比改變對舵機的轉角數值以實現對舵機動作的控制；電源模塊由兩組降壓轉換電路組成，以分別得到+5V和+3.3V的輸出電源分別供給所連接的功能模塊；主控模塊以STC15W4K60S4單片機為控制核心；串口模塊為主控模塊中的STC15W4K60S4微處理器的USART4的外部引出端口，USART4為通用同步/異步串行接收/發送器即P0.2和P0.3端口，能夠實現對STC15W4K60S4的程序下載及其與計算機端上位機之間的數據通訊；所述舵機驅動裝置的運行過程：將舵機驅動裝置與外部電源連接后，由電源模塊將外部電源轉換成各模塊需要的工作電壓后供給所有模塊；主控模塊上電后先進行復位操作以恢復至默認狀態...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何春華，劉秀云，楊從斌，康麗娟，盧寧，周世昱，張廷鵬，趙越男，
申請(專利權)人：青島大學，
類型：發明
國別省市：山東;37