电池一体式舵机控制电路的制作方法

本发明涉及一种电池一体式舵机控制电路。属于控制电路。

背景技术：

1、现有的穿戴式驱动设备如单关节外骨骼机器人舵机控制电路以cpu电路、通讯电路和舵机控制电路为主，需要额外配置适配的电源、传感检测电路等模块，之间采用线缆的方式连接，这样的方式缺点有三：一是导致安装空间过大，质量重，不便于穿戴；二是多模块组合会加大硬件故障概率；三是布置成本高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种电池一体式舵机控制电路。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种电池一体式舵机控制电路，其特点是：包括电池充电电路、电池及电池充放电保护电路、降压电路、基准电压电路、模拟量传感器电路、处理器电路、舵机控制电路、usb转串口电路、can通讯电路和灯组电路；

4、所述电池充电电路、舵机控制电路、降压电路均与所述电池及电池充放电保护电路连接，所述基准电压电路、模拟量传感器电路、灯组电路、usb转串口电路和can通讯电路均一端与所述降压电路连接，另一端与处理器电路连接，所述降压电路、舵机控制电路均与处理器电路连接。

5、进一步的，所述电池充电电路，包括双节锂电池充电管理芯片u2及其外围电路；

6、进一步的，外接9v-18v电源通过充电头jp1为所述电池充电电路1供电，所述双节锂电池充电管理芯片u2通过检测电池电压来决定其充电状态：预充电、恒流充电、恒压充电；当电池电压小于vmin时，处于预充电状态，电流较小；预充电使电池电压达到vmin后，进入恒定电流充电的快速充电状态，充电电流id可以通过外围电阻r2调整，r2(kω)＝0.15v/充电电流(a)；当电池电压上升到vd时，进入恒压充电模式，直至充电电流小于阈值imin，充电结束，恒压电压vd可由外围电阻r3调整，vd＝(r5(kω)*0.01v)+8.4v。

7、进一步的，所述电池及电池充放电保护电路，包括双节锂电池组与电池保护电路，为降压模电路与舵机提供稳定安全的电源电压7.4v；所述双节锂电池组，用于放置串联的双节锂电池，提供供电与储能的功能；所述电池及电池充放电保护电路包括双节锂电池放电保护芯片u4和双n沟道增强型场效应管芯片u5及其外围电路，通过采样放电电流，根据其大小通断所述双节锂电池组负极与电路地极，实现锂电池安全稳定充放电。

8、进一步的，所述双节锂电池放电保护芯片u4通过采样所述双节锂电池组电压来进行过电压放电保护判断，通过vm端采样外围电阻r8电流来进行过电流放电保护判定。正常情况下，双节锂电池放电保护芯片u4的cout端和dout端均输出高电平，使所述双n沟道增强型场效应管芯片u5内两个n-mosfet管均导通，使电池能够通过负载使电池放电或进行充电；当过电压或过电流放电发生时，双节锂电池放电保护芯片u4的cout端和dout端由高电平变为低电平，使所述双n沟道增强型场效应管芯片u5内两个n-mosfet管均截止，所述双节锂电池无法与其他电路形成闭环，断开充放电过程。

9、进一步的，所述降压电路，包括5v降压电路与3.3v降压电路，用于将所述电池及电池充放电保护电路提供的7.4v电源电压转换成5v与3.3v。

10、所述5v降压电路包括5v稳压芯片u9及其外围电路，用于将7.4v电源电压转换成5v，为所述usb转串口电路、can通讯电路、3.3v降压电路供电。

11、所述3.3v降压电路包括5v转3.3v降压芯片u3及其外围电路，用于将5v降压电路输出的5v电源电压转换成3.3v，为所述基准电压电路、模拟量传感器电路、灯组电路、处理器电路、usb转串口电路供电。

12、进一步的，所述双节锂电池组输出电压vbat+通过拨动开关jp2连接至5v稳压芯片u9输入端，通过5v稳压芯片u9输出5v电压，为所述usb转串口电路、can通讯电路供电，并输出至5v转3.3v降压芯片u3的输入端，降压输出3.3v电压，为所述基准电压电路、模拟量传感器电路、灯组电路、处理器电路、usb转串口电路供电。

13、进一步的，所述基准电压电路，用于生成基准电压，并将基准电压输出至所述处理器电路；

14、所述模拟量传感器电路，用于外接特定的传感器，给其供电，并接收模拟量电压输出，并将该电压输出至所述处理器电路；

15、所述舵机控制电路，用于外接舵机，给舵机供电，通过接收所述处理器电路发送的所述舵机控制电路，并发送至舵机，实现驱动；

16、所述灯组电路，通过接收所述处理器电路发送的所述灯组显示信号，实现灯组的控制；

17、所述usb转串口电路，包括usb转串口芯片u7及其外围电路，用于与上位机实现串行通讯；

18、所述can通讯电路，包括can通讯芯片u8及其外围电路，用于扩展支持can通信的设备实现多机协同作业。

19、进一步的，所述舵机控制电路包括舵机接口jp4、高效整流二极管d5、电解电容c21、上拉电阻r13和npn型三极管q1，所述上拉电阻r13和npn型三极管q1组成三极管开关驱动结构，q1基极与处理器芯片u1的136脚连接，接收处理器芯片u1输出的pwm形式的舵机控制信号，再通过三极管开关驱动输出至所述舵机接口jp4，所述舵机接口jp4外接舵机，为舵机供电并输出舵机控制信号。所述高效整流二极管d5与电解电容c21起到稳压的作用；

20、所述灯组电路包括红色led灯led2与绿色灯led3，分别与所述处理器芯片u1的21脚和22脚进行控制，当对应引脚输出低电平时，该灯点亮，当对应引脚输出高电平时，该灯熄灭，可通过处理器芯片u1的编程实现固定的显示策略。

21、进一步的，所述处理器电路，包括处理器芯片u1及其外围电路，用于对所述模拟量传感器电路的输出电压与基准电压电路的基准电压进行比较，根据所述模拟量传感器电路的输出电压与基准电压电路的基准电压的比较结果计算生成舵机运动控制信号和灯组显示信号，并将所述舵机运动控制信号输出至所述舵机控制电路，将所述灯组显示信号输出至所述灯组电路。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、可以很好地实现穿戴式驱动设备的感知与驱动，可以通过usb转串口电路对所述处理器芯片u1进行编程设定所述舵机控制电路输出的pwm信号与所述模拟量传感器电路的输出电压之间的跟随关系，实现穿戴式驱动设备与人体之间的人机交互；具有如下优点

24、1、结构紧凑体积小，质量轻，更适用于穿戴式驱动设备；

25、2、锂电池供电，无需额外电源，必要时可拆卸更换；

26、3、成本低。

技术特征：

1.一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：包括电池充电电路、电池及电池充放电保护电路、降压电路、基准电压电路、模拟量传感器电路、处理器电路、舵机控制电路、usb转串口电路、can通讯电路和灯组电路；

2.根据权利要求1所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述电池充电电路，包括双节锂电池充电管理芯片u2及其外围电路。

3.根据权利要求2所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：外接9v-18v电源通过充电头jp1为所述电池充电电路1供电，所述双节锂电池充电管理芯片u2通过检测电池电压来决定其充电状态：预充电、恒流充电、恒压充电；当电池电压小于vmin时，处于预充电状态，电流较小；预充电使电池电压达到vmin后，进入恒定电流充电的快速充电状态，充电电流id可以通过外围电阻r2调整，r2(kω)＝0.15v/充电电流(a)；当电池电压上升到vd时，进入恒压充电模式，直至充电电流小于阈值imin，充电结束，恒压电压vd可由外围电阻r3调整，vd＝(r5(kω)*0.01v)+8.4v。

4.根据权利要求1所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述电池及电池充放电保护电路，包括双节锂电池组与电池保护电路，为降压模电路与舵机提供稳定安全的电源电压7.4v；所述双节锂电池组，用于放置串联的双节锂电池，提供供电与储能的功能；所述电池及电池充放电保护电路包括双节锂电池放电保护芯片u4和双n沟道增强型场效应管芯片u5及其外围电路，通过采样放电电流，根据其大小通断所述双节锂电池组负极与电路地极，实现锂电池安全稳定充放电。

5.根据权利要求4所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述双节锂电池放电保护芯片u4通过采样所述双节锂电池组电压来进行过电压放电保护判断，通过vm端采样外围电阻r8电流来进行过电流放电保护判定。正常情况下，双节锂电池放电保护芯片u4的cout端和dout端均输出高电平，使所述双n沟道增强型场效应管芯片u5内两个n-mosfet管均导通，使电池能够通过负载使电池放电或进行充电；当过电压或过电流放电发生时，双节锂电池放电保护芯片u4的cout端和dout端由高电平变为低电平，使所述双n沟道增强型场效应管芯片u5内两个n-mosfet管均截止，所述双节锂电池无法与其他电路形成闭环，断开充放电过程。

6.根据权利要求1所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述降压电路，包括5v降压电路与3.3v降压电路，用于将所述电池及电池充放电保护电路提供的7.4v电源电压转换成5v与3.3v。

7.根据根据权利要求6所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述双节锂电池组输出电压vbat+通过拨动开关jp2连接至5v稳压芯片u9输入端，通过5v稳压芯片u9输出5v电压，为所述usb转串口电路、can通讯电路供电，并输出至5v转3.3v降压芯片u3的输入端，降压输出3.3v电压，为所述基准电压电路、模拟量传感器电路、灯组电路、处理器电路、usb转串口电路供电。

8.根据权利要求1所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述基准电压电路，用于生成基准电压，并将基准电压输出至所述处理器电路；

9.根据权利要求8所述的一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述舵机控制电路包括舵机接口jp4、高效整流二极管d5、电解电容c21、上拉电阻r13和npn型三极管q1，所述上拉电阻r13和npn型三极管q1组成三极管开关驱动结构，q1基极与处理器芯片u1的136脚连接，接收处理器芯片u1输出的pwm形式的舵机控制信号，再通过三极管开关驱动输出至所述舵机接口jp4，所述舵机接口jp4外接舵机，为舵机供电并输出舵机控制信号。所述高效整流二极管d5与电解电容c21起到稳压的作用；

10.一种电池一体式舵机控制电路，其特征在于：所述处理器电路，包括处理器芯片u1及其外围电路，用于对所述模拟量传感器电路的输出电压与基准电压电路的基准电压进行比较，根据所述模拟量传感器电路的输出电压与基准电压电路的基准电压的比较结果计算生成舵机运动控制信号和灯组显示信号，并将所述舵机运动控制信号输出至所述舵机控制电路，将所述灯组显示信号输出至所述灯组电路。

技术总结
本发明涉及一种电池一体式舵机控制电路，包括电池充电电路、电池及电池充放电保护电路、降压电路、基准电压电路、模拟量传感器电路、处理器电路、舵机控制电路、USB转串口电路、CAN通讯电路和灯组电路；电池充电电路、舵机控制电路、降压电路均与电池及电池充放电保护电路连接，基准电压电路、模拟量传感器电路、灯组电路、USB转串口电路和CAN通讯电路均一端与降压电路连接，另一端与处理器电路连接，降压电路、舵机控制电路均与处理器电路连接。本发明通过USB转串口电路对处理器芯片U1进行编程设定舵机控制电路输出的PWM信号与模拟量传感器电路的输出电压之间的跟随关系，实现穿戴式驱动设备与人体之间的人机交互。

技术研发人员：靳兴来
受保护的技术使用者：杭州旗晟智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17