全角度自主可调多媒体实物展览装置

技术领域

本发明属于控制系统技术领域，尤其涉及一种全角度自主可调多媒体实物展览装置。

背景技术

目前在各种行业中都需要进行展览展示，使得大众对此物品进行详细的了解，一个智能的展览装置会影响观展者的心情与观展效果，因此展览装置对于展览展示的效果也极为重要。现有技术中的实物展览装置一般不能实现远程实时多角度观察真实被展览物品，基于此，本发明对实物展览装置做了进一步改进，以提高观众的远程参加展览的体验效果。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种全角度自主可调多媒体实物展览装置的硬件基础。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括姿态采集端部分、机械手臂通讯电路、机械手臂供电控制电路、机械手臂控制端部分、电动往复推杆控制部分、云台通讯电路、电源输入部分和4G网络通讯部分，其特征在于机械手臂控制端部分的控制信号输出端口分别与机械手臂通讯电路的控制信号输入端口、电动往复推杆控制部分的控制信号输入端口、云台通讯电路的控制信号输入端口、机械手臂供电控制电路的控制信号输入端口相连，机械手臂控制端部分的通讯端口与4G网络通讯部分的通讯端口相连，电源输入部分的电能输出端口分别与机械手臂通讯电路的电源端口、机械手臂供电控制电路的电源端口、机械手臂控制端部分的电源端口、电动往复推杆控制部分的电源端口、云台通讯电路的电源端口、4G网络通讯部分的电源端口相连。

作为一种优选方案，本发明所述姿态采集端部分包括JY901S芯片U1，U1的2、3、4、5、8、11脚分别与+3.3V、RXD、TXD、GND、+3.3V对应相连，+3.3V通过电阻R4分别与NRST、电容C13一端相连，C13另一端接地；

接插件P1的1、2、3、4脚分别与+3.3V、TMS、TCK、GND对应相连，接插件P2的1、2、3脚分别与GND、PA10、PA9对应相连；

+3.3V分别与电容C1～C6一端相连，C1～C6另一端接GND；

STM32F105RBT6芯片U2的1脚接+3.3V，U2的3脚分别与电容C7一端、晶振Y1一端相连，C7另一端分别与GND、电容C8一端相连，C8另一端分别与Y1另一端、U2的4脚相连，U2的5脚分别与电容C11一端、晶振X1一端相连，C11另一端分别与GND、电容C12一端相连，C12另一端分别与X1另一端、U2的6脚相连，U2的7、12、13、16、17、18、19、31、32、46～49、51～55脚分别与NRST、GND、+3.3V、RXD、TXD、GND、+3.3V、GND、+3.3V、TMS、GND、+3.3V、TCK、COM3_TXD、COM3_RXD、Q560_RST、Q560_SVR、GPRS_ON/OFF对应相连，U2的60脚通过电阻R1接GND，U2的63、64脚分别与GND、+3.3V对应相连；

NA15-V2S12模块POW1的2脚分别与保险丝F1一端、压敏电阻RV1一端相连，F1另一端接L端，RV1另一端分别与N端、POW1的3脚相连，POW1的7、8脚接GND1，POW1的4脚通过二极管D2分别与V1端、二极管D3阳极、电源插口CH1正极相连，CH1负极分别与GND1、磁珠L2一端相连，L2另一端接GND；D3阴极通过L1接+12V；

LM2576-5.0芯片U5的1脚分别与+12V、电容C16一端、电容C17一端相连，C16另一端分别与C17另一端、U5的3脚、U5的5脚、二极管D4阳极、电容C18一端、电容C19一端、GND相连，D4阴极分别与U5的2脚、电感L3一端相连，L3另一端分别与U5的4脚、+5V、C18另一端、C19另一端相连；

GND分别与电容C21一端、电容C20一端相连，C2和C20另一端接+5V；

AMS1117-3.3芯片U4的3脚接+5V，U4的2、4脚分别与电容C15正极、VCC、电容C14一端相连，C14另一端分别与U4的1脚、地、C15负极相连。

NPN三极管Q1的基极分别与电阻R6一端、电阻R7一端相连，R6另一端通过发光二极管LED1接GPRS_ON/OFF，R7另一端分别与Q1发射极、GND相连，Q1集电极分别与二极管D1阳极、SRD-12VDC-SL-C继电器K1的4脚相连，D1阴极分别与+12V、K1的1脚相连，K1的1脚3、5脚分别与+12V、+12VGPRS对应相连；

1825057-1开关SW1的1脚接COM3_RXD，SW1的2脚接COM3_TXD，SW1的3脚分别与接插件J1的2脚、电阻R3一端相连，SW1的4脚分别与J1的1脚、电阻R2一端相连，J1的3脚接地，R2另一端接Q560模块U3的4脚，R3另一端接U3的5脚，U3的1脚接+12VGPRS，U3的2、3脚接GND，U3的6脚接地，U3的9脚通过电阻R5接Q560_SVR，U3的13脚通过电阻R8接Q560_RST，U3的14、15脚接地；

+12VGPRS分别与电容C9一端、电容C10一端相连，C9和C10另一端接GND。

作为另一种优选方案，本发明所述机械手臂通讯电路包括SP3485EN-L/TR芯片U8，U8的1脚接PA3，U8的2、3脚接PA4，U8的4脚接PA2,U8的8、5、6、7脚分别与+3.3V1、GND、RS485A、RS485B对应相连，+3.3V通过电感L4分别与电容C22一端、C23一端、+3.3V1相连，C22和C23另一端接GND；

ACT45B-510-2P-TL003共模滤波器L8,L8的3脚接RS485B，L8的4脚接RS485A，L8的2脚通过保险丝F3分别与接插件P3的2脚、磁珠L6一端相连，L6另一与接插件CH4的2脚相连，CH4的1脚通过磁珠L10分别与电阻R9一端、保险丝F4一端相连，R9另一端接P3的1脚，F4另一端接L8的1脚。

作为另一种优选方案，本发明所述机械手臂供电控制电路包括NPN三极管Q2，Q2发射极接GND，Q2基极通过电阻R10接PC0，Q2集电极接继电器K2的控制端，K2受控端一端接+24V，K2受控端另一端通过磁珠L11接+24VOUT。

作为另一种优选方案，本发明所述机械手臂控制端部分包括STM32F105RBT6芯片U9，U9的7、8、16、17、20、27～30脚分别与NRST、PC0、PA2、PA3、PA4、PB1、PB2、PB10、PB11对应相连，U9的37、38、41～43、46、49、57脚分别与PC6、PC7、PA8、PA9、PA10、TMS、TCK、PB5对应相连，PA5依次通过电阻R12、发光二极管E1接GND。

作为另一种优选方案，本发明所述电动往复推杆控制部分包括HH63P继电器K4和HH63P继电器K5，K4和K5的控制信号输出端口与接插件CH5相连，K4的10脚接NPN三极管Q4的集电极，Q4的发射极接GND，Q4的基极通过电阻R22接PB3；K5的10脚接NPN三极管Q5的集电极，Q5的发射极接GND，Q5的基极通过电阻R24接PD2。

作为另一种优选方案，本发明所述云台通讯电路包括SP3485EN-L/TR芯片U11，U11的1脚接PA10，U11的2、3脚接PA8，U11的4脚接PA9,U11的8、5、6、7脚分别与+3.3V1、GND、ACT45B-510-2P-TL003共模滤波器L15的4脚、L15的3脚对应相连，+3.3V通过电感L12分别与电容C42一端、C43一端、+3.3V1相连，C42和C43另一端接GND；

L15的2脚通过保险丝F5分别与接插件P5的2脚、磁珠L13一端相连，L13另一与接插件CH7的2脚相连，CH7的1脚通过磁珠L14分别与电阻R21一端、保险丝F6一端相连，R21另一端接P5的1脚，F6另一端接L15的1脚。

其次，本发明所述电源输入部分包括接插件CH3,CH3的2脚通过保险丝F2分别与电容CY1一端、电容CY2一端、共模电感L7第一端相连，CY1另一端分别与FE、J2相连，CY2另一端分别与电容CY4一端、CH3的1脚、L7第二端相连，CY4另一端分别与FE、J3相连；L7第三端依次通过二极管D5、磁珠L5接+24V，L7第四端通过磁珠L9接GND；

K7805M模块U6的1脚接+24V；

U6的3脚分别与+5V、AMS1117-3.3模块U7的Vin端口相连，U7的Vout端口接+3.3V。

另外，本发明所述4G网络通讯部分包括NPN三极管Q3，Q3的基极依次通过电阻R18、发光二极管LED2接PB5，Q3发射极接GND，Q3集电极与SRD-24VDC-SL-C继电器K3的4脚相连，K3的1脚接+24V；K3的5脚接+24VGPRS，K3的3脚接+24V；

1825057-1开关SW2的1、2脚分别与PB11、PB10对应相连，SW2的4脚分别与接插件J4的1脚、电阻R15一端相连，SW2的3脚分别与J4的2脚、电阻R16一端相连，R15另一端接Q560芯片U10的4脚，R16另一端接U10的5脚，U10的9脚通过电阻R17接PB1，U10的13脚通过电阻R20接PB2。

本发明有益效果。

本发明电动往复推杆控制部分可用于调解摄像头升高和降低，更加详细查看目标。

本发明云台通讯电路可控制摄像头多角度查看目标。摄像头安装在云台上面，云台转动摄像头跟随转动，控制多角度查看目标。

本发明姿态采集端部分可采集使用者手部动作，并将姿态数据发送到云端，4G网络通讯部分将云端的姿态数据发送给机械手臂控制端部分，机械手臂控制端部分提供机械手臂通讯电路控制机械手臂做出相应的动作。

使用者远程操控电动往复推杆和云台，通过摄像头观察被展览物品，同时手持姿态传感器，使机械手臂做出相应的动作；通过手持姿态传感器的变化，机械手臂也做同样动作。

使用者通过远程终端控制电动往复推杆和云台。

被展览物品一直设置在机械手臂上，即无人操作时，被展览物品也在机械手臂上，使用者只是控制机械手臂的角度，并不控制机械手臂抓取被展览物品。

本发明为具备图片、视频、声音(摄像头带)、多角度可调的多媒体实物展览装置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1、2是本发明姿态采集端部分电路原理图。

图3是本发明机械手臂通讯电路原理图。

图4是本发明机械手臂供电控制电路原理图。

图5是本发明机械手臂控制端部分电路原理图。

图6是本发明电动往复推杆控制部分电路原理图。

图7是本发明云台通讯电路原理图。

图8是本发明电源输入部分电路原理图。

图9是本发明4G网络通讯部分电路原理图。

具体实施方式

本发明包括姿态采集端部分、机械手臂通讯电路、机械手臂供电控制电路、机械手臂控制端部分、电动往复推杆控制部分、云台通讯电路、电源输入部分和4G网络通讯部分，机械手臂控制端部分的控制信号输出端口分别与机械手臂通讯电路的控制信号输入端口、电动往复推杆控制部分的控制信号输入端口、云台通讯电路的控制信号输入端口、机械手臂供电控制电路的控制信号输入端口相连，机械手臂控制端部分的通讯端口与4G网络通讯部分的通讯端口相连，电源输入部分的电能输出端口分别与机械手臂通讯电路的电源端口、机械手臂供电控制电路的电源端口、机械手臂控制端部分的电源端口、电动往复推杆控制部分的电源端口、云台通讯电路的电源端口、4G网络通讯部分的电源端口相连。

如图1、2所示，所述姿态采集端部分包括JY901S芯片U1，U1的2、3、4、5、8、11脚分别与+3.3V、RXD、TXD、GND、+3.3V对应相连，+3.3V通过电阻R4分别与NRST、电容C13一端相连，C13另一端接地；

接插件P1的1、2、3、4脚分别与+3.3V、TMS、TCK、GND对应相连，接插件P2的1、2、3脚分别与GND、PA10、PA9对应相连；

+3.3V分别与电容C1～C6一端相连，C1～C6另一端接GND；

STM32F105RBT6芯片U2的1脚接+3.3V，U2的3脚分别与电容C7一端、晶振Y1一端相连，C7另一端分别与GND、电容C8一端相连，C8另一端分别与Y1另一端、U2的4脚相连，U2的5脚分别与电容C11一端、晶振X1一端相连，C11另一端分别与GND、电容C12一端相连，C12另一端分别与X1另一端、U2的6脚相连，U2的7、12、13、16、17、18、19、31、32、46～49、51～55脚分别与NRST、GND、+3.3V、RXD、TXD、GND、+3.3V、GND、+3.3V、TMS、GND、+3.3V、TCK、COM3_TXD、COM3_RXD、Q560_RST、Q560_SVR、GPRS_ON/OFF对应相连，U2的60脚通过电阻R1接GND，U2的63、64脚分别与GND、+3.3V对应相连；

NA15-V2S12模块POW1的2脚分别与保险丝F1一端、压敏电阻RV1一端相连，F1另一端接L端，RV1另一端分别与N端、POW1的3脚相连，POW1的7、8脚接GND1，POW1的4脚通过二极管D2分别与V1端、二极管D3阳极、电源插口CH1；

CH1为直流12V输入端,便于批量生产时候使用；调试方便接入，速度快，电压低安全。

正极相连，CH1负极分别与GND1、磁珠L2一端相连，L2另一端接GND；D3阴极通过L1接+12V；

GND1为未加磁环前地网络，GND为加磁环后地网络，起到抗干扰效果。

LM2576-5.0芯片U5的1脚分别与+12V、电容C16一端、电容C17一端相连，C16另一端分别与C17另一端、U5的3脚、U5的5脚、二极管D4阳极、电容C18一端、电容C19一端、GND相连，D4阴极分别与U5的2脚、电感L3一端相连，L3另一端分别与U5的4脚、+5V、C18另一端、C19另一端相连；

GND分别与电容C21一端、电容C20一端相连，C2和C20另一端接+5V；

AMS1117-3.3芯片U4的3脚接+5V，U4的2、4脚分别与电容C15正极、VCC、电容C14一端相连，C14另一端分别与U4的1脚、地、C15负极相连。

NPN三极管Q1的基极分别与电阻R6一端、电阻R7一端相连，R6另一端通过发光二极管LED1接GPRS_ON/OFF，R7另一端分别与Q1发射极、GND相连，Q1集电极分别与二极管D1阳极、SRD-12VDC-SL-C继电器K1的4脚相连，D1阴极分别与+12V、K1的1脚相连，K1的1脚3、5脚分别与+12V、+12VGPRS对应相连；

1825057-1开关SW1的1脚接COM3_RXD，SW1的2脚接COM3_TXD，SW1的3脚分别与接插件J1的2脚、电阻R3一端相连，SW1的4脚分别与J1的1脚、电阻R2一端相连，J1的3脚接地，R2另一端接Q560模块U3的4脚，R3另一端接U3的5脚，U3的1脚接+12VGPRS，U3的2、3脚接GND，U3的6脚接地，U3的9脚通过电阻R5接Q560_SVR，U3的13脚通过电阻R8接Q560_RST，U3的14、15脚接地；

+12VGPRS分别与电容C9一端、电容C10一端相连，C9和C10另一端接GND。

姿态传感器U1向U2发送姿态数据；

之后通过U3发送到云端服务器；云端服务器将姿态数据通过U10发送给U9，U9控制机械手臂做出相应的动作。

通过姿态传感器U1，采集横向角、仰俯角、翻滚角三个角度的数据。

操作者手持姿态传感器U1，进行角度变化，远端机械臂跟随变化，变化同样的角度。

姿态传感器的数据发送给U2，U2通过U3可使用阿里云的MQTT协议，发布到阿里云，U9通过U10订阅U2的发布信息，使U2和U9的数据同步，便于机械手臂与姿态传感器U1做出相应的动作。阿里云的IP地址是固定的，便于设备之间建立联系。

姿态数据发布到阿里云，相当于在云端虚拟建造一个云端姿态传感器，云端姿态传感器当前的状态值为U3实时上传值。

U10实时采集云端姿态传感器的状态值，并将姿态数据发送给U9，U9通过U8与机械手臂通讯，控制机械手臂做出与姿态传感器相应的动作。

K1用于控制4G芯片供电的，如果4G芯片出现死机等问题进行断电复位。

Q560_SVR、Q560_RST、COM3_RXD、COM3_TXD分别用于传输姿态传感器的数据以及连接云服务器的必要登录信息(例如三元组信息)。

如图3所示，所述机械手臂通讯电路包括SP3485EN-L/TR芯片U8，U8的1脚接PA3，U8的2、3脚接PA4，U8的4脚接PA2,U8的8、5、6、7脚分别与+3.3V1、GND、RS485A、RS485B对应相连，+3.3V通过电感L4分别与电容C22一端、C23一端、+3.3V1相连，C22和C23另一端接GND；

ACT45B-510-2P-TL003共模滤波器L8,L8的3脚接RS485B，L8的4脚接RS485A，L8的2脚通过保险丝F3分别与接插件P3的2脚、磁珠L6一端相连，L6另一与接插件CH4的2脚相连，CH4的1脚通过磁珠L10分别与电阻R9一端、保险丝F4一端相连，R9另一端接P3的1脚，F4另一端接L8的1脚。

接插件P3用于是否在RS485总线加入抗干扰电阻120欧姆电阻；测量总线电阻为120欧姆或以上时加入抗干扰电阻。

U8为485通讯芯片，通过U8与机械手臂控制端部分通信，机械手臂控制端部分控制RM65机械手臂工作。

机械手臂通讯电路具备防雷、抗干扰和抗浪涌功能。D6～D10用于防雷，F3、F4用于抗浪涌，L8、C28用于抗干扰。

如图4所示，所述机械手臂供电控制电路包括NPN三极管Q2，Q2发射极接GND，Q2基极通过电阻R10接PC0，Q2集电极接继电器K2的控制端，K2受控端一端接+24V，K2受控端另一端通过磁珠L11接+24VOUT。

当机械手臂突发一些情况，比如机械手手臂卡住了、死机了或没有响应了(即通讯失败，通讯没有响应)，Q2通过PC0接收机械手臂控制端部分控制的控制信号，切断机械手臂的电源再重新上电，检测通讯是否能恢复(通过再次通讯，是有会有应答，检测通讯是否能恢复)。

如图5所示，所述机械手臂控制端部分包括STM32F105RBT6芯片U9，U9的7、8、16、17、20、27～30脚分别与NRST、PC0、PA2、PA3、PA4、PB1、PB2、PB10、PB11对应相连，U9的37、38、41～43、46、49、57脚分别与PC6、PC7、PA8、PA9、PA10、TMS、TCK、PB5对应相连，PA5依次通过电阻R12、发光二极管E1接GND。

U9通过云端服务器获取姿态传感器当前姿态的数据值，控制机械手臂做出相应动作。

如图6所示，所述电动往复推杆控制部分包括HH63P继电器K4和HH63P继电器K5，K4和K5的控制信号输出端口与接插件CH5相连，K4的10脚接NPN三极管Q4的集电极，Q4的发射极接GND，Q4的基极通过电阻R22接PB3；K5的10脚接NPN三极管Q5的集电极，Q5的发射极接GND，Q5的基极通过电阻R24接PD2。

可采用TJC-C1-24电动往复推杆,电动往复推杆设置在云台上,摄像头设置在电动往复推杆上。

Q4和Q5用于控制推杆电机的正转和反转。

如图7所示，所述云台通讯电路包括SP3485EN-L/TR芯片U11，U11的1脚接PA10，U11的2、3脚接PA8，U11的4脚接PA9,U11的8、5、6、7脚分别与+3.3V1、GND、ACT45B-510-2P-TL003共模滤波器L15的4脚、L15的3脚对应相连，+3.3V通过电感L12分别与电容C42一端、C43一端、+3.3V1相连，C42和C43另一端接GND；

+3.3V1为经过磁环后的3.3V，提高抗干扰后效果。

L15的2脚通过保险丝F5分别与接插件P5的2脚、磁珠L13一端相连，L13另一与接插件CH7的2脚相连，CH7的1脚通过磁珠L14分别与电阻R21一端、保险丝F6一端相连，R21另一端接P5的1脚，F6另一端接L15的1脚。

接插件P5用于选择RS485总线抗干扰电阻是否加入到RS485网络。

如图8所示，所述电源输入部分包括接插件CH3,CH3的2脚通过保险丝F2分别与电容CY1一端、电容CY2一端、共模电感L7第一端相连，CY1另一端分别与FE(FE为地线)、J2相连，CY2另一端分别与电容CY4一端、CH3的1脚、L7第二端相连，CY4另一端分别与FE、J3相连；L7第三端依次通过二极管D5、磁珠L5接+24V，L7第四端通过磁珠L9接GND；

K7805M模块U6的1脚接+24V，U6的3脚分别与+5V、AMS1117-3.3模块U7的Vin端口相连，U7的Vout端口接+3.3V。

J2、J3为接地螺丝孔。

CH3为直流24V输入端口。

电源输入部分用于给系统各部分提供合适的电压。电源输入部分具备防干扰功能，应对与电机类负载在供电线上的产品的振荡，适合机器手臂的电机。TVS1用于过压保护，CY1、CY2、CY4用于抗差模干扰，L7用于抗共模干扰，L5、L9用于抗瞬态毛刺干扰。

如图9所示，所述4G网络通讯部分包括NPN三极管Q3，Q3的基极依次通过电阻R18、发光二极管LED2接PB5，Q3发射极接GND，Q3集电极与SRD-24VDC-SL-C继电器K3的4脚相连，K3的1脚接+24V；K3的5脚接+24VGPRS，K3的3脚接+24V；

1825057-1开关SW2的1、2脚分别与PB11、PB10对应相连，SW2的4脚分别与接插件J4的1脚、电阻R15一端相连，SW2的3脚分别与J4的2脚、电阻R16一端相连，R15另一端接Q560芯片U10的4脚，R16另一端接U10的5脚，U10的9脚通过电阻R17接PB1，U10的13脚通过电阻R20接PB2。

接插件J4用于调试使用。

Q3用于控制4G模块供电。

PB11、PB10用于与4G模块芯片通讯，PB1、PB2用于调试使用。

云端的模型通过U10发送给U9，U9将模型通过U8发送给机械手臂。

通过云端，可远程控制机械手臂的工作，进行角度的更换。

设置摄像头拍摄机械手臂，摄像头将拍摄信息进行远程传输，远端通过拍摄画面对机械手臂的姿态进行调整控制，呈现身临其境的感觉。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。