机器人的磁悬浮控制器电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种机器人的磁悬浮控制器电路，包括单片机电路、显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口AD转换电路模块、电源，所述显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口AD转换电路模块、电源均连接到单片机电路，交流调压触发模块对机器人线圈悬浮进行高度调节后产生的模拟信号经过串口AD转换电路模块变换后送入单片机。本实用新型的优点在于：能够对机器人的交流磁悬浮控制器进行智能并能稳定控制，另外调试过程可逆，当调节电压可以实现控制器动作并显示，当手动悬浮线圈，控制器也能智能显示。
【专利说明】机器人的磁悬浮控制器电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及控制电路，尤其涉及一种机器人的磁悬浮控制器电路。
【背景技术】
[0002]智能控制(intelligent controls)是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。
[0003]但是关于机器人的交流磁悬浮控制器的智能并稳定控制一直是个难点。
实用新型内容
[0004]本实用新型的所要解决的技术问题在于提供一种对机器人的交流磁悬浮控制器进行智能并能稳定控制的磁悬浮控制器电路。
[0005]本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的:一种机器人的磁悬浮控制器电路，包括单片机电路、显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口 AD转换电路模块、电源，所述显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口 AD转换电路模块、电源均连接到单片机电路，交流调压触发模块对机器人线圈悬浮进行高度调节后产生的模拟信号经过串口AD转换电路模块变换后送入单片机。
[0006]优化的，所述交流调压触发模块包括相互连接的交流调压电路及触发电路两部分。
[0007]优化的，所述交流调压电路包括变压器Tl、T2、晶闸管SI，S2、三极管vtl、vt2、二极管D2、D4，所述变压器Tl的次级线圈的首端和末端分别连接晶闸管SI的阴极和门极，变压器Tl的初级线圈的首端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接三极管vtl的集电极，变压器Tl的初级线圈的末端也接三极管vtl的集电极，三极管vtl的发射极接地，三极管vtl的基极通过电阻R8连接到触发电路；所述变压器T2的次级线圈的首端和末端分别连接晶闸管S2的阴极和门极，变压器T2的初级线圈的首端接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接三极管vt2的集电极，变压器T2的初级线圈的末端也接三极管vt2的集电极，三极管vt2的发射极接地，三极管vt2的基极通过电阻RlO连接到触发电路，晶闸管S1、S2的阳极连接控制线圈悬浮高度的滑动变阻器的固定端的两端。
[0008]优化的，所述触发电路包括触发芯片KJ004、变阻器Vp、Vy、电位器Rpl、变压器T3、电阻Rl至R6、电容C1、C2，所述交流调压电路的三极管vtl、vt2的基极分别经过电阻连接到触发芯片KJ004的引脚15和引脚I，其中触发芯片KJ004的引脚8依次连接电阻R4和变压器T3后接地，引脚4和引脚9通过电阻R3相连，引脚9与电阻Rl、R2的一端相连，电阻Rl的另一端连接到变阻器vp的调节端，电阻R2的另一端连接到变阻器vy的调节端，变阻器vp、vy串联后连接在+15V电源和地之间，引脚3与引脚4直接连接电容Cl，引脚3后还依次连接电阻R6、电位器RP后接地，引脚11脚和12脚之间接电容C2后连接到电阻R7的一端，电阻R7的另一端和引脚16连接+15V电源。
[0009]优化的，所述串口 A/D转换电路模块包括电源电路、信号处理电路、A/D转换电路路，其中电源电路连接到信号处理电路，信号处理电路通过A/D转换电路连接到单片机电路。
[0010]优化的，所述A/D转换电路包括DS7950芯片，其引脚5接5V电源，电容C16、C17并联在引脚5和引脚10之间，引脚9、引脚22、引脚27接地，引脚12、14、18、20 (CH1\CH2\CH3\CH4)为芯片的输入端口，所述交流调压触发模块对机器人线圈悬浮进行高度调节后产生的模拟信号接到该ADS7950芯片的引脚12(CH3)，ADS7950芯片输出数字量的引脚13连接单片机电路。
[0011]本实用新型的优点在于:能够对机器人的交流磁悬浮控制器进行智能并能稳定控制，另外调试过程可逆，当调节电压可以实现控制器动作并显示，当手动悬浮线圈，控制器也能智能显示。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型机器人的磁悬浮控制器电路的原理框图。
[0013]图2是本实用新型中的单片机的原理图。
[0014]图3是本实用新型中交流调压触发模块的电路图。
[0015]图4a至图4c是本实用新型中串口 A/D转换电路模块的电路图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。
[0017]请参阅图1所示，本实用新型机器人的磁悬浮控制器电路包括单片机电路、显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口 AD转换电路模块、电源以及扩展电路，所述显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口 AD转换电路模块、电源以及扩展电路均连接到单片机电路，交流调压触发模块对机器人线圈悬浮进行高度调节后产生的模拟信号经过串口AD转换电路模块变换后送入单片机。
[0018]作为一个具体的实施例，如图2所示，单片机电路采用TI公司的MSP430F5438A为主控芯片Ul，MSP430单片机美国德州仪器公司推出的16位超低功耗、高性能嵌入式控制器，是一款工业级混合信号处理器。Ul为100管脚单片机，Ul的13脚XIN和第14脚XOUT连接XTALl晶振，62管脚接瓷片电容C9的一端，电容C9的另一端接地。Ul有JA\JB\JC\JD四类接口，其中的JB接口连接串口 AD转换电路模块，如需扩展就连接扩展芯片。
[0019]如图3所示，所述交流调压触发模块包括交流调压电路及触发电路两部分，各负其责。
[0020]所述交流调压电路包括变压器T1、T2、晶闸管SI，S2、三极管vtl、vt2、二极管D2、D4，所述变压器Tl的次级线圈的首端和末端分别连接晶闸管SI的阴极和门极，变压器Tl的初级线圈的首端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接三极管vtl的集电极，变压器Tl的初级线圈的末端也接三极管vtl的集电极，三极管vtl的发射极接地，三极管vtl的基极通过电阻R8连接到触发电路；所述变压器T2的次级线圈的首端和末端分别连接晶闸管S2的阴极和门极，变压器T2的初级线圈的首端接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接三极管vt2的集电极，变压器T2的初级线圈的末端也接三极管vt2的集电极，三极管vt2的发射极接地，三极管vt2的基极通过电阻RlO连接到触发电路。交流调压电路中T2，Tl输出分别是正向输出和负向输出，本设计使用T2正向输出，晶闸管S1、S2的阳极连接控制线圈悬浮高度的滑动变阻器的固定端的两端，作为交流调压触发模块的模拟量的输出端来控制线圈悬浮高度。
[0021]所述触发电路作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管S2在需要要的时刻有阻断转为导通。所述触发电路包括触发芯片KJ004、变阻器vp、vy、电位器Rpl、变压器T3、电阻Rl至R6、电容C1、C2。所述交流调压电路的三极管vtl、vt2的基极分别经过电阻连接到触发芯片KJ004的引脚15和引脚1，触发芯片KJ004的引脚I和15作为KJ004所组成的触发电路的输出，输出信号控制晶闸管SI与S2的通断来获取调压信号。其中触发芯片KJ004的引脚8依次连接电阻R4和变压器T3后接地，引脚4输出与参考信号相同步的锯齿波，引脚4和引脚9通过电阻R3相连，引脚9与电阻Rl、R2的一端相连，电阻Rl的另一端连接到变阻器vp的调节端，电阻R2的另一端连接到变阻器vy的调节端，变阻器vp、vy串联后连接在+15V电源和地之间，引脚3与引脚4直接连接电容Cl，引脚3后还依次连接电阻R6、电位器RP后接地，通过调节电位器RP用来改变锯齿波的斜率，引脚11脚和12脚之间接电容C2后连接到电阻R7的一端，电阻R7的另一端和引脚16连接+15V电源。
[0022]在电源的每半个周期内触发电路触发一次晶闸管S1、S2，使之导通。与相控整流电路一样，通过控制晶闸管S1、S2开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。其晶闸管S2可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快。综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在f〈al80°〈之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。
[0023]工作原理叙述如下:
[0024]其中8脚连接的电阻一般资料都给出了计算方法，R4=同步电压/2?3X103(Ω )，这个公式是一个经验公式，并不是说连个电阻就能实现同步，能否实现同步需要进行实验调试，选择合适得同步电阻是关键。同步电压加上后，在芯片的引脚4就形成了与参考信号相同步的锯齿波，锯齿波电压、移相电压Vy和偏移电压Vp在综合脚使能。在锯齿波固定时，如果移相电压Vy至零，那么改变偏移电压Vp就是在改变所发脉冲的起始位置，也就是在我们在外的控制移相电压Vy为OV时的初始α角。将偏移电压Vp固定后,我们就可以根据需要调节移相电压Vy进而输出我们所需要的α角了。如果仅仅通过改变移相电压Vy和偏移电压Vp无法输出理想的脉冲或者感觉这两个电压的控制作用不理想，那么我们可以通过改变锯齿波的斜率，我们改变了锯齿波斜率之后在重新通过移相电压Vy和偏移电压Vp对触发脉冲进行调节，如此反复的进行调试，直到移相电压Vy和偏移电压Vp的控制作用比较理想为止。锯齿波的斜率是通过引脚3连接的电容Cl和电阻R6进行改变的，一般我们是通过调节电位器RPl实现的。触发脉冲的脉宽也是可以调节的，通过引脚11和引脚12之间的电容C2和引脚12与引脚16之间的电阻R7的改变实现的。经过锯齿波电压、移相电压Vy和偏移电压Vp在综合脚(引脚9)的电压综合比较之后，触发芯片KJ004就会在引脚13输出脉冲，而这个脉冲是正反两路驱动信号的合成脉冲，我们是不能用的，芯片内部有脉冲选择电路，经过此电路进行脉冲选择后就可输出正反两路脉冲由1、15脚输出进而控制晶闸管。引脚13的作用主要是用来将信号传送给触发芯片KJ004进行脉冲调制的，将驱动脉冲打碎。经过触发芯片KJ004的调制后，使能信号由引脚14输入，控制触发芯片KJ004输出经过调制后的驱动信号。也就是说，引脚13输出和引脚14输出的信号并不是驱动信号，而是一个控制信号，用于驱动脉冲变为高频的调制脉冲的。
[0025]参阅图4a至图4c，所述串口 A/D转换电路模块包括电源电路、信号处理电路、A/D转换电路路，其中电源电路连接到信号处理电路，信号处理电路通过A/D转换电路连接到单片机电路。电源电路，信号处理电路以及电源电路均采用现有电路，不再赘述。
[0026]重点参阅图4c，A/D转换电路包括DS7950芯片U5，它有30个引脚，需外部基准电压为2.5V，内部包含4路复用器，其引脚5接5V电源，电容C16，C17并联在引脚5和引脚10之间，引脚9、引脚22、引脚27接地，引脚12、14、18、20(CH1\CH2\CH3\CH4)为芯片U5的输入端口。上述交流调压触发模块调节悬浮线圈高度输出的模拟电压接到该ADS7950芯片U5第12脚(CH3) ,ADS7950芯片U5输出数字量的引脚13 (NC3)连接单片机MSP430F5438A的JB 口。如果需要扩展的话，还可以在A/D转换电路和单片机之间加入接口电路，如图4c中的为扩展芯片Header8x2，与ADS7905对应相接。
[0027]通过所述键盘电路来调节悬浮线圈高度，并通过所述显示电路显示处理过程。
[0028]本实用新型机器人的磁悬浮控制器电路的工作过程如下所述:单片机电路控制交流调压触发模块实现悬浮线圈的调压，产生的模拟信号经过串口 A/D转换电路变换后送入单片机，实现对线圈高度的闭环控制。
[0029]以上所述仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种机器人的磁悬浮控制器电路，其特征在于:包括单片机电路、显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口 AD转换电路模块、电源，所述显示电路、键盘电路、交流调压触发模块、串口 AD转换电路模块、电源均连接到单片机电路，交流调压触发模块对机器人线圈悬浮进行高度调节后产生的模拟信号经过串口 AD转换电路模块变换后送入单片机。
2.如权利要求1所述的机器人的磁悬浮控制器电路，其特征在于:所述交流调压触发模块包括相互连接的交流调压电路及触发电路两部分。
3.如权利要求2所述的机器人的磁悬浮控制器电路，其特征在于:所述交流调压电路包括变压器T1、T2、晶闸管S1，S2、三极管vtl、vt2、二极管D2、D4，所述变压器Tl的次级线圈的首端和末端分别连接晶闸管SI的阴极和门极，变压器Tl的初级线圈的首端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接三极管vtl的集电极，变压器Tl的初级线圈的末端也接三极管vtl的集电极，三极管vtl的发射极接地，三极管vtl的基极通过电阻R8连接到触发电路；所述变压器T2的次级线圈的首端和末端分别连接晶闸管S2的阴极和门极，变压器T2的初级线圈的首端接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接三极管vt2的集电极，变压器T2的初级线圈的末端也接三极管vt2的集电极，三极管vt2的发射极接地，三极管vt2的基极通过电阻RlO连接到触发电路，晶闸管S1、S2的阳极连接控制线圈悬浮高度的滑动变阻器的固定端的两端。
4.如权利要求3所述的机器人的磁悬浮控制器电路，其特征在于:所述触发电路包括触发芯片KJ004、变阻器vp、vy、电位器Rpl、变压器T3、电阻Rl至R6、电容C1、C2，所述交流调压电路的三极管vtl、vt2的基极分别经过电阻连接到触发芯片KJ004的引脚15和引脚I，其中触发芯片KJ004的引脚8依次连接电阻R4和变压器T3后接地，引脚4和引脚9通过电阻R3相连，引脚9与电阻Rl、R2的一端相连，电阻Rl的另一端连接到变阻器vp的调节端，电阻R2的另一端连接到变阻器vy的调节端，变阻器vp、vy串联后连接在+15V电源和地之间，引脚3与引脚4直接连接电容Cl，引脚3后还依次连接电阻R6、电位器RP后接地，引脚11脚和12脚之间接电容C2后连接到电阻R7的一端，电阻R7的另一端和引脚16连接+15V电源。
5.如权利要求1所述的机器人的磁悬浮控制器电路，其特征在于:所述串口A/D转换电路模块包括电源电路、信号处理电路、A/D转换电路路，其中电源电路连接到信号处理电路，信号处理电路通过A/D转换电路连接到单片机电路。
6.如权利要求5所述的机器人的磁悬浮控制器电路，其特征在于:所述A/D转换电路包括DS7950芯片，其引脚5接5V电源，电容C16、C17并联在引脚5和引脚10之间，引脚9、引脚22、引脚27接地，引脚12、14、18、20(CH1\CH2\CH3\CH4)为芯片的输入端口，所述交流调压触发模块对机器人线圈悬浮进行高度调节后产生的模拟信号接到该ADS7950芯片的引脚12(CH3)，ADS7950芯片输出数字量的引脚13连接单片机电路。
【文档编号】G05B19/042GK203786503SQ201420140856
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】向楠, 朱炼, 刘领, 尹晶晶, 耿婧 申请人:安徽国防科技职业学院