一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板

技术领域

本发明涉及移动机器人硬件系统设计和传感器接口板设计领域，特别涉及一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板。

背景技术

移动机器人传感器扩展板是一种移动机器人硬件系统设计和传感器接口板设计，随着移动机器人技术的发展，行业的普及，以移动机器人技术为基础的应用市场逐渐拓开，越来越多的应用实现落地。移动机器人技术中传感器感知技术作为其中一项重要的组成，随着传感器技术的发展，移动机器人集成了大量的传感器，随着科技的不断发展，人们对于移动机器人传感器扩展板的制造工艺要求也越来越高。

现有的移动机器人传感器在使用时存在一定的弊端，首先，移动机器人集成了大量的传感器，在电气系统设计中，如何集成这些传感器成为了一个重要的问题，各电路之间不能很好的集成，体积较大，为此，我们提出一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板，集成多路超声波测距传感器接口电路，集成多路红外测距传感器接口电路，集成巡线传感器接口电路，集成DIO功能接口电路，集成PWM输出功能接口电路，便于更好的进行控制与驱动，可以有效解决背景技术中的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板，包括模拟量传感器模块、超声波传感器模块、数字输入输出电路模块、主控模块、电源模块、通讯模块与脉宽调制模块，所述模拟量传感器模块包括红外传感器模块与巡线传感器模块，所述主控模块连接模拟量传感器模块、超声波传感器模块、数字输入输出电路模块、电源模块、通讯模块与脉宽调制模块的位置，且主控模块组成的扩展板通过通讯模块与上位机控制系统进行通讯。

作为本申请一种优选的技术方案，所述主控模块与模拟量传感器模块、数字输入输出电路模块、电源模块和通讯模块之间双向电性连接，所述主控模块的输出端与超声波传感器模块和脉宽调制模块的输入端电性连接。

作为本申请一种优选的技术方案，所述主控模块通过ADC采集红外测距传感器与巡线传感器电压，所述主控模块通过IO时序触发超声波传感器，所述主控模块设置和读取数字输入输出电路模块，所述主控模块参数PWM脉宽调制信号控制外设。

作为本申请一种优选的技术方案，所述模拟量传感器模块电路中设置有模拟量P_AI0信号、电容C45、运算放大器IC3、电阻R17、电阻R19、电阻R15与电容C47，所述红外传感器模块与巡线传感器模块反馈模拟量信号，所述红外传感器模块反馈的模拟量P_AI0信号经过电容C45滤波后送入运算放大器IC3中，且改变电阻R17和电阻R19阻值调整运放倍数，模拟信号经过运算放大器IC3中1脚输出后经过电阻R15和电容C47构成的滤波器滤波后送入主控模块的ADC引脚。

作为本申请一种优选的技术方案，所述主控模块产生一个脉冲信号通过TRIG送给超声波传感器模块，从而触发超声波传感器进行一次测量，且测量完成后超声波传感器模块通过ECHO反馈测量数据，所述主控模块通过定时器测量ECHO信号脉冲宽度并转换为距离从而完成一次测量。

作为本申请一种优选的技术方案，所述主控模块通过定时器参数PWM信号通过磁隔离后输出实现驱动外部PWM脉宽调制模块。

作为本申请一种优选的技术方案，所述数字输入输出电路模块中设置有电阻R51、光耦U10、电阻R42、光耦U6与MOS管，数字输入DI信号P_DI0为高电平时，信号经过电阻R51限流后光耦U10导通，对应的DI0为低电平，实现对输入信号的电平转换和隔离；。

作为本申请一种优选的技术方案，输出信号DO0为高电平时，经过限流电阻R42后光耦U6导通，MOS管GS导通，DS导通实现驱动外部功率器件。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板，具备以下有益效果：该一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板，集成多路超声波测距传感器接口电路，集成多路红外测距传感器接口电路，集成巡线传感器接口电路，集成DIO功能接口电路，集成PWM输出功能接口电路，便于更好的进行控制与驱动，整个移动机器人传感器扩展板结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本发明一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板中传感器接口板工作原理方框图。

图2为本发明一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板中模拟量传感器AD电路示意图。

图3为本发明一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板中超声波传感器接口电路示意图。

图4为本发明一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板中PWM输出电路示意图。

图5为本发明一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板中DIO功能电路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-5所示，一种集成传感器接口的移动机器人传感器扩展板，包括模拟量传感器模块、超声波传感器模块、数字输入输出电路模块、主控模块、电源模块、通讯模块与脉宽调制模块，模拟量传感器模块包括红外传感器模块与巡线传感器模块，主控模块连接模拟量传感器模块、超声波传感器模块、数字输入输出电路模块、电源模块、通讯模块与脉宽调制模块的位置，且主控模块组成的扩展板通过通讯模块与上位机控制系统进行通讯，集成多路超声波测距传感器接口电路，集成多路红外测距传感器接口电路，集成巡线传感器接口电路，集成DIO功能接口电路，集成PWM输出功能接口电路，便于更好的进行控制与驱动。

进一步的，主控模块与模拟量传感器模块、数字输入输出电路模块、电源模块和通讯模块之间双向电性连接，主控模块的输出端与超声波传感器模块和脉宽调制模块的输入端电性连接。

进一步的，主控模块通过ADC采集红外测距传感器与巡线传感器电压，主控模块通过IO时序触发超声波传感器，主控模块设置和读取数字输入输出电路模块，主控模块参数PWM脉宽调制信号控制外设。

进一步的，模拟量传感器模块电路中设置有模拟量P_AI0信号、电容C45、运算放大器IC3、电阻R17、电阻R19、电阻R15与电容C47，红外传感器模块与巡线传感器模块反馈模拟量信号，红外传感器模块反馈的模拟量P_AI0信号经过电容C45滤波后送入运算放大器IC3中，且改变电阻R17和电阻R19阻值调整运放倍数，模拟信号经过运算放大器IC3中1脚输出后经过电阻R15和电容C47构成的滤波器滤波后送入主控模块的ADC引脚。

进一步的，主控模块产生一个脉冲信号通过TRIG送给超声波传感器模块，从而触发超声波传感器进行一次测量，且测量完成后超声波传感器模块通过ECHO反馈测量数据，主控模块通过定时器测量ECHO信号脉冲宽度并转换为距离从而完成一次测量。

进一步的，主控模块通过定时器参数PWM信号通过磁隔离后输出实现驱动外部PWM脉宽调制模块。

进一步的，数字输入输出电路模块中设置有电阻R51、光耦U10、电阻R42、光耦U6与MOS管，数字输入DI信号P_DI0为高电平时，信号经过电阻R51限流后光耦U10导通，对应的DI0为低电平，实现对输入信号的电平转换和隔离；。

进一步的，输出信号DO0为高电平时，经过限流电阻R42后光耦U6导通，MOS管GS导通，DS导通实现驱动外部功率器件。

上位机控制系统通过通讯与该扩展板进行通讯，MCU通过ADC采集红外测距传感器与巡线传感器电压、MUC通过IO时序触发超声波传感器、MCU设置和读取DIO、MCU参数PWM信号控制外设。

图2为模拟量传感器AD电路，红外测距传感器与巡线传感器反馈的是模拟量信号，以P_AI0信号为例；红外测距传感器反馈的模拟量P_AI0经过C45电容滤波后送入运算放大器IC3中，改变R17和R19阻值用来调整运放倍数，模拟信号经过运放器1脚输出后经过R15和C47构成的滤波器滤波后送入MCU的ADC引脚。

图3为超声波传感器接口，MCU产生一个脉冲信号通过TRIG给超声波传感器，从而触发超声波传感器进行一次测量，当测量完成后超声波传感器通过ECHO反馈测量数据，MCU通过定时器测量ECHO信号脉冲宽度并转换为距离从而完成一次测量。

图4为PWM输出电路，MCU通过定时器参数PWM信号(PWM0-PWM1)通过磁隔离后输出，从而实现驱动外部PWM设备。

图5为DIO功能，数字输入DI信号P_DI0为高电平时，信号经过电阻R51限流后光耦U10导通，对应的DI0为低电平，从而实现了对输入信号的电平转换和隔离；当MCU输出信号DO0为高电平时，经过限流电阻R42后光耦U6导通，MOS管GS导通，DS导通从而实现了驱动外部功率器件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二(一号、二号)等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。