专利名称：：一种微型医用机器人无线驱动控制系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种微型医用机器人无线驱动控制系统。
背景技术：
：随着现代医学检查手段和医学微创技术的不断发展，进入人体肠道检查疾病和施药的微型机器人已经离我们不再遥远。对于这种仪器，显然不能拖着长长的电线进入人体，因此，对微型机器人的无线驱动控制就成为了一个显著的问题。本专利就是围绕此类微型机器人的无线驱动控制问题而设计的。
发明内容本发明的目的是提供一种微型机器人无线控制与驱动系统，解决微型医用机器人体内检测驱动与控制问题。本发明是通过以下技术方案来实现的。如图1所示。本发明由数据发送电路、接收驱动电路组成。其中数据发送电路由数据发送控制电路、无线发送电路组成，接收驱动电路由无线接收电路、驱动控制电路组成。数据发送控制电路接收PC机发送的指令和信息，通过无线发送电路完成指令和信息传输；无线接收电路接收无线发送电路发送的指令和信息，通过驱动控制电路驱动电机的工作状态，如电机的前进、后退、停止和速度变换。本发明所述的数据发送控制电路(如图2所示)由控制芯片MSP430F1232、复位电路、USB转UART的单芯片桥接器电路组成。其中桥接器的引脚VB、D-、D+、GND与USB接口相连与PC机进行数据通信，再通过引脚TXD、RXD与控制芯片的串行异步通信引脚URXDO、UTXDO相接；控制芯片的引脚P2.1、P2.2、P3.0P3.3接到外部接口Jl上，Jl接口与无线发送电路相连；复位电路与控制芯片VSS、RST引脚相连。数据发送控制电路实现的功能是接收PC机的控制指令，然后将控制指令数据内容发送给无线发送电路中的CC2500芯片。PC机的控制指令数据通过USB数据线传递到桥接器CP2102，桥接器提供一个RS232转USB的简便的解决方案，CP2102的UART接口处理所有的RS232信号包括控制和握手信号，所以现存的系统固件无需改动，其自动将USB接口传来的数据经过转换传输到控制芯片的串行异步通信接口上，然后，控制芯片MSP430F1232通过编程实现数据的接收存储，再由程序将接收的数据通过控制芯片的SPI口发送到CC2500射频芯片。本发明所述的无线发送电路(如图3所示)由射频芯片CC2500、晶体振荡电路、平衡转换电路和天线组成。CC2500的引脚SI、SCLK、SO、GD02、GDOO、CSn与接口Jl相连，Jl接口连接数据发送控制电路；CC2500的引脚RF_P、RF_N与平衡转换电路相连；RBLS引脚通过R171接地。无线发送电路中CC2500的工作模式由程序设置为发送模式，控制指令数据通过SI引脚传给CC2500，当收到发送处理模块的发送请求，MAC2PHY接口模块首先将长度字节写入CC2500发送缓冲区，接着将数据写入发送缓冲区，然后发出STX命令。经过一段时间的收发转换时延，CC2500就开始向外发送前导，紧接着发送同步字节、长度字节、数据和CRC。MAC2PHY接口模块通过GD00引脚监测发送状态，当同步字节发送完毕，GDOO引脚由低电平变为高电平，一帧数据发送完毕又变为低电平。平衡转换电路用以将CC2500上的微分RF信号转换成单端RF信号。本发明所述的无线接收电路与无线发送电路相同，不同的是无线接收电路用到了载波侦听引脚GD02，GD02引脚与接口Jl相连接，而无线发送电路没有用到这个引脚。无线接收电路中CC2500的默认工作状态为接收模式，上电后一直进行载波侦听，当检测到有数据传来时自动接收数据，并把数据存于数据缓冲区内。主芯片通过引脚GDOO监测数据的接收状态，当数据的同步字接收完成后，GDOO由低电平跳变到高电平，当一帧数据全部接收完毕后，GDOO又从高电平回到低电平，主芯片可以设置P2.2口中断为下降沿触发方式来存取CC2500芯片缓冲区内的接收数据。本发明所述的驱动控制电路(如图4、图5所示)由微型机器人控制主电路和微型驱动电路组成，其中微型机器人控制主电路由芯片MSP430F1232、上电复位电路、晶振XT、和接口Jl组成；驱动电路由微型步进电机驱动芯片A3901、滤波电容C1组成。控制芯片的引脚P2.2、P3.0、SIMOO、SOMIO、UCLKO与接口Jl相接，通过Jl与无线接收电路相接，从而控制无线数据的接收，引脚Pl.0Pl.3接驱动芯片A3901的引脚IN1IN4，引脚XOUT、XIN连接晶振XT，上电复位电路连接在其RST、Vss引脚；驱动芯片A3901的引脚0UT1、0UT2，0UT3、0UT4接微型步进电机，VBB引脚通过Cl接地。微型机器人控制主芯片通过引脚SI和SO与CC2500进行数据通信，SI为数字输入，SO为数字输出，此处主芯片主要通过SO口从CC2500的寄存器读取数据，期间CSN低电平读取操作才有效。主芯片接收到数据之后，通过程序判断数据的内容，并根据具体内容定时输出相对应的驱动脉冲时序，从而实现对微型驱动装置(微型步进电机)的方向以及速度的控制。为了减小硬件电路的体积，单片机外围只接一些必须的电路，包括晶振和复位电路。晶振采用普通圆柱晶振，频率为32.768KHZ，其两个引脚直接接到芯片的X0UT和XIN引脚。复位电路采用上电复位方式，主芯片为低电平复位方式，因此，在其复位引脚/RST上接一下拉电阻R1。为了保持芯片的工作稳定性，在芯片的电源引脚VCC处接一滤波电容C4，电容另一端接地。驱动步进电机时，按照下表状态字的顺序循环输出到Pl端口即可。驱动控制脉冲时序<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本发明的优点是(l)体积小，结构紧凑；(2)无线驱动控制，无需线缆连接；(3)除适用于微型医用肠道检测机器人外，也可适合其他各种需要微型机器人无线驱动控制场合；(4)成本低，价格低。图1为本发明无线驱动控制原理框图。图2为本发明数据发送控制电路图。图3为本发明无线数据接收、发送电路图。图4为本发明微型机器人控制主电路图5为本发明微型驱动电路原理图图6为本发明数据发送控制程序流程图。图7为本发明数据接收控制程序流程图。具体实施例方式本发明将通过以下实施例作进一步的说明。实施例。本发明所述的数据发送控制电路(如图2所示)由控制芯片MSP430F1232、复位电路(包括电容C1、C2和电阻R1、R2)、USB转UART的单芯片桥接器CP2102及其外围电路(包括电容C3、C4、C5和电阻R3)组成。其中桥接器的引脚VB、D-、D+、GND与USB接口相连与PC机进行数据通信，再通过引脚TXD、RXD与控制芯片的串行异步通信引脚URXDO、UTXDO相接；控制芯片的引脚P2.1、P2.2、P3.0P3.3接到外部接口Jl上，Jl接口与无线发送电路相连；复位电路与控制芯片VSS、RST引脚相连，下拉电阻R1与二极管Dl并联接到电源DVCC(3.3V)处，R2与C1、C2并联(C1与C2串联)后与Rl、Dl相接，然后，电阻R2与控制芯片的引脚/RST相连，电容C2的两端分别与控制芯片的引脚VCC和VSS相连，之后VCC接于电源DVCC，VSS与地相接，复位按键KEY1接到Rl与R2的连接处，然后再与数字地相连；桥接器的外围电路是，引脚VB与USB接口的引脚1相连，其旁路接滤波电容C5，C5再接于地，引脚RE也与1脚相连，旁路接滤波电容C4之后再接于地，引脚D-、D+分别与USB接口的引脚2和3相连，桥接器的引脚GND与USB接口的4脚相连，引脚VDD接电阻R3再与发光二极管D2相连，之后接于地，引脚VDD与GND之间接电容C3。数据发送控制电路实现的功能是接收PC机的控制指令，然后将控制指令数据内容发送给无线发送电路中的CC2500芯片。PC机的控制指令数据通过USB数据线传递到桥接器CP2102，桥接器提供一个RS232转USB的简便的解决方案，CP2102的UART接口处理所有的RS232信号包括控制和握手信号，所以现存的系统固件无需改动，其自动将USB接口传来的数据经过转换传输到控制芯片的串行异步通信接口上，然后，控制芯片MSP430F1232通过编程实现数据的接收存储，再由程序将接收的数据通过控制芯片的SPI口发送到CC2500射频芯片。本发明所述的无线发送电路(如图3所示)由射频芯片CC2500、晶体振荡电路(包括晶振、电容C81、C101)、平衡转换电路(包括电容C122，C132，电感L121和L131)和天线组成。CC2500的引脚SI、SCLK、S0、GD02、GD00、CSn与接口Jl相连，Jl接口连接数据发送控制电路；CC2500的引脚RF_P、RF_N与平衡转换电路相连；RBLS引脚通过R171接地，DCOUPL引脚通过电容C51接地，X0SC_Q1引脚通过电容C81接地，X0SC_Q2引脚通过电容C101接地，晶振XTAL接于引脚X0SC—Q1和X0SC_Q2之间；RF_N引脚外接电容C131，C131再与C132串接，电感L131接于C131和C132之间，另一端则接地，引脚RF—P引出串接电容C121，C121再串接电感L121，电容C122—端接在C121和L121之间，另一端接地，之后C132和L121并接于一处再串联电感L122，最后L122接到PCB天线，在L122两端旁路分别通过电容C123和C124接地。无线发送电路中CC2500的工作模式由程序设置为发送模式，控制指令数据通过SI引脚传给CC2500，当收到发送处理模块的发送请求，MAC2PHY接口模块首先将长度字节写入CC2500发送缓冲区，接着将数据写入发送缓冲区，然后发出STX命令。经过一段时间的收发转换时延，CC2500就开始向外发送前导，紧接着发送同步字节、长度字节、数据和CRC。MAC2PHY接口模块通过GD00引脚监测发送状态，当同步字节发送完毕，GDOO引脚由低电平变为高电平，一帧数据发送完毕又变为低电平。平衡转换电路用以将CC2500上的微分RF信号转换成单端RF信号。本发明所述的无线接收电路与无线发送电路相同，不同的是无线接收电路用到了载波侦听引脚GD02，GD02引脚与接口Jl相连接，而无线发送电路没有用到这个引脚。无线接收电路中CC2500的默认工作状态为接收模式，上电后一直进行载波侦听，当检测到有数据传来时自动接收数据，并把数据存于数据缓冲区内。主芯片通过引脚GDOO监测数据的接收状态，当数据的同步字接收完成后，GDOO由低电平跳变到高电平，当一帧数据全部接收完毕后，GDOO又从高电平回到低电平，主芯片可以设置P2.2口中断为下降沿触发方式来存取CC2500芯片缓冲区内的接收数据。本发明所述的驱动控制电路(如图4、图5所示)由微型机器人控制主电路和微型驱动电路组成，其中微型机器人控制主电路由芯片MSP430F1232、上电复位电路(包括电阻Rl、电容C3)、晶振XT、和接口Jl组成；驱动电路由微型步进电机驱动芯片A3901、滤波电容C1组成。控制芯片的引脚P2.2、P3.0、SMOO、SOMIO、UCLKO与接口J1相接，通过J1与无线接收电路相接，从而控制无线数据的接收，引脚Pl.0Pl.3接驱动芯片A3901的引脚IN1IN4，引脚X0UT、XIN连接晶振XT，上电复位电路连接在其RST、Vss引脚；驱动芯片A3901的引脚0UT1、0UT2，0UT3、0UT4接微型步进电机，VBB引脚通过Cl接地；微型机器人控制主电路中，晶振XT接于XIN和XOUT引脚之间，并且接地，下拉电阻Rl—端接3.3V电源，另一端接到电容C3，C3再与引脚Vss相连，复位引脚/RST接至Rl与C3之间，Vss接地，电容C4接于引脚Vss和Vcc之间。微型机器人控制主芯片通过引脚SI和S0与CC2500进行数据通信，SI为数字输入，SO为数字输出，此处主芯片主要通过S0口从CC2500的寄存器读取数据，期间CSN低电平读取操作才有效。主芯片接收到数据之后，通过程序判断数据的内容，并根据具体内容定时输出相对应的驱动脉冲时序，从而实现对微型驱动装置(微型步进电机)的方向以及速度的控制。为了减小硬件电路的体积，单片机外围只接一些必须的电路，包括晶振和复位电路。晶振采用普通圆柱晶振，频率为32.768KHZ，其两个引脚直接接到芯片的X0UT和XIN引脚。复位电路采用上电复位方式，主芯片为低电平复位方式，因此，在其复位引脚/RST上接一下拉电阻R1。为了保持芯片的工作稳定性，在芯片的电源引脚VCC处接一滤波电容C4，电容另一端接地。驱动步进电机时，按照下表状态字的顺序循环输出到Pl端口即可。驱动控制脉冲时序半步状态P1.3PI.2Pl.OStq)101010x05,,'Step201()&0xD4"Step301■I00x06，'S一40ft10OxO厶,'Step51010Step610ftS.0x08,'Step710Q.i0x09一0ftfti权利要求一种微型医用机器人无线驱动控制系统，包括数据发送电路、接收驱动电路，其特征是数据发送电路由数据发送控制电路、无线发送电路组成，接收驱动电路由无线接收电赀ˉ、驱动控制电路组成；数据发送控制电路接收PC机发送的指令和信息，通过无线发送电路完成指令和信息传输；无线接收电路接收无线发送电路发送的指令和信息，通过驱动控制电路驱动电机的工作状态。2.根据权利要求l所述的系统，其特征是所述的数据发送控制电路由控制芯片MSP430F1232、复位电路、USB转UART的单芯片桥接器电路组成，其中桥接器的引脚VB、D-、D+、GND与USB接口相连与PC机进行数据通信，再通过引脚TXD、RXD与控制芯片的串行异步通信引脚URXD0、UTXD0相接；控制芯片的引脚P2.1、P2.2、P3.0P3.3接到外部接口Jl上，Jl接口与无线发送电路相连；复位电路与控制芯片VSS、RST引脚相连。3.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述的无线发送电路由射频芯片CC2500、晶体振荡电路、平衡转换电路和天线组成，CC2500的引脚SI、SCLK、S0、GD02、GDOO、CSn与接口Jl相连，Jl接口连接数据发送控制电路；CC2500的引脚RF_P、RF_N与平衡转换电路相连；RBLS引脚通过R171接地。4.根据权利要求1所述的系统，其特征是所述的驱动控制电路由微型机器人控制主电路和微型驱动电路组成，其中微型机器人控制主电路由芯片MSP430F1232、上电复位电路、晶振XT、和接口Jl组成；驱动电路由微型步进电机驱动芯片A3901、滤波电容Cl组成。控制芯片的引脚P2.2、P3.0、SIM00、S0MI0、UCLK0与接口Jl相接，通过Jl与无线接收电路相接，从而控制无线数据的接收，引脚Pl.0Pl.3接驱动芯片A3901的引脚IN1IN4，引脚X0UT、XIN连接晶振XT，上电复位电路连接在其RST、Vss引脚；驱动芯片A3901的引脚0UT1、0UT2，0UT3、0UT4接微型步进电机，VBB引脚通过C1接地。全文摘要一种微型医用机器人无线驱动控制系统，包括数据发送电路、接收驱动电路，其特征是数据发送电路由数据发送控制电路、无线发送电路组成，接收驱动电路由无线接收电路、驱动控制电路组成；数据发送控制电路接收PC机发送的指令和信息，通过无线发送电路完成指令和信息传输；无线接收电路接收无线发送电路发送的指令和信息，通过驱动控制电路驱动电机的工作状态，本发明体积小，结构紧凑；无线驱动控制，无需线缆连接；除适用于微型医用肠道检测机器人外，也可适合其他各种需要微型机器人无线驱动控制场合；成本低，价格低。文档编号B25J11/00GK101780672SQ20091018677公开日2010年7月21日申请日期2009年12月22日优先权日2009年12月22日发明者刘继忠,张华,李亮波申请人:南昌大学