一种具有多模块组合功能的智能集线器套装的制作方法

1.本实用新型涉及编程机器人技术领域，具体涉及一种具有多模块组合功能的智能集线器套装。


背景技术：

2.现有的开源套件存在许多入门限制和开发的限制，而且传感器和执行器类型单一，多个组件之间的配合难以实现，各种模块的使用方式含糊不清，从而让使用者自以为会用了，实则必须继续购买其后续产品，很难让使用者从入门学到精通，乃至开发。


技术实现要素：

3.为克服所述不足，本实用新型的目的在于提供涉及一种具有多模块组合功能的智能集线器套装。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有多模块组合功能的智能集线器套装，包括集线器本体、传感器模块组、执行器模块组，所述集线器本体包括外壳、电路板组、电源模块，所述集线器本体设有多组普通io接口、多组i2c接口、多组舵机接口和多组电机接口、金手指接口，电源模块采用2s锂电池；
5.传感器模块组包括传感器电路板、传感器外壳、传感器接口，传感器接口与集线器本体的io接口相连接；
6.所述执行器模块组包括执行器电路板、执行器外壳、执行器接口。
7.具体地，所述io接口、i2c接口采用ph2.0防反插接口，舵机接口和电机接口采用杜邦针接口，外壳上对应的位置设有开口。
8.具体地，所述传感器模块组包括超声波传感器模块、可燃气体传感器模块、远距离光电模块、霍尔传感器模块、火焰传感器模块、土壤适度传感器模块、光敏传感器模块、灰度传感器模块、按钮模块、电位器模块、防水温度传感器模块、水位传感器模块。
9.具体地，所述执行器模块组包括电磁铁模块、oled显示屏模块、激光模块、led灯模块、风扇模块、rgb led灯环模块，其中电磁铁模块、oled显示屏模块、激光模块、led灯模块、风扇模块、rgb led 灯环模块采用ph2.0防反插接口，所述舵机模块采用杜邦针接口，与集线器本体的舵机接口相连接。
10.具体地，所述执行器模块组还包括电机模块，电机模块的接口采用杜邦针，电机模块的接口与集线器本体中的电机接口相连接。
11.具体地，所述集线器本体还包括四个电量指示灯、轻触按键、usb 接口。
12.具体地，所述集线器本体内电路板组上印刷有主控电路，主控电路包括充电电路、开关机电路、动力电路、电量检查电路、电机驱动电路、io口扩展电路、mcu供电电路、外部接口电路、金手指接口电路。
13.具体地，所述金手指接口连接电脑板。
14.本实用新型的有益效果为：本实用新型不需要下载专门的软件配合操作，传感器
模块和执行器模块类型样，每个组件既可以独立工作也可以互相配合，使用时互不干扰，套装中集线器本体、传感器模块、执行器模块全部采用ph2.0和杜邦头类常用接口，此套件内的集线器本体可以驱动任何一个不限于此套件内的5v系统设备，该套件内的其余配件也可以被任何一个5v系统所驱动使用，并没有形成设备闭环，允许且鼓励使用者自己开发或者改装，其结构能够兼容市面上大部分拼插玩具，可以从入门开始一直玩到成为一个真正懂开发的小工程师，具有优异的功能性和拓展性。
附图说明
15.图1为本实用新型的集线器本体结构示意图。
16.图2为本实用新型的火焰传感器模块的结构示意图。
17.图3为本实用新型的可燃气体传感器模块的结构示意图。
18.图4为本实用新型风扇模块的结构示意图。
19.图5a为本实用新型的部分主控电路一。
20.图5b为本实用新型的部分主控电路二。
21.图5c为本实用新型的部分主控电路三。
22.图6为本实用新型的超声波传感器模块电路图。
23.图7为本实用新型的可燃气体传感器模块电路图。
24.图8为本实用新型的霍尔传感器模块电路图。
25.图9为火焰传感器模块电路图。
26.图10为土壤湿度传感器模块电路图。
27.图11为光敏电阻模块电路图。
28.图12为灰度传感器模块电路图。
29.图13为按钮模块电路图。
30.图14为电位器模块电路图。
31.图15为电磁铁模块电路图。
32.图16为oled显示模块电路图。
33.图17为激光模块电路图。
34.图18为led灯模块电路图。
35.图19为风扇模块电路图。
36.图20为rgb led灯环模块电路图。
37.图中1集线器本体，101 io接口，102 i2c接口，103舵机接口， 104电机接口，105 usb接口，2火焰传感器模块，3可燃气体传感器模块，4风扇模块，501充电电路，502开关机电路，503动力电路， 504电量检查电路，505外部接口电路，506 mcu供电电路，507io 口扩展电路，508电机驱动电路，509金手指接口电路。
具体实施方式
38.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
39.如图1-20所示的一种具有多模块组合功能的智能集线器套装，包括集线器本体1、传感器模块组、执行器模块组，所述集线器本体包括外壳、电路板组、电源模块，所述外壳内
安装主控电路和电源模块，所述集线器本体设有六组io接口101、四组i2c接口102、四组舵机接口103和四组电机接口104，共包含十四个5v1.5a电源和十二路io接口101、四路i2c信号102、四路pwm波信号输出，四组舵机接口103和四组电机接口104八个7.4v1.2a大功率驱动端口，电源模块采用2s锂电池，电力输出均为5v，信号系统为3.3v，兼容5v信号系统；
40.传感器模块组包括超声波传感器模块、远距离光电模块、霍尔传感器模块、火焰传感器模块2、可燃气体传感器模块3、土壤适度传感器模块、光敏传感器模块、灰度传感器模块、按钮模块、电位器模块、防水温度传感器模块、水位传感器模块，这些传感器模块包括电路板、蓝色塑料外壳、传感器接口，传感器接口全部采用hy2.0—4p 接线方式，与集线器本体的io接口相连接，读取方式为标准数字读取，标准3.3v系统adc读取和pwm波输入捕获方式，其接线顺序在集线器上有明确表明，使用时既可以使用io口操作方式直接操作，也可以使用我们封装好的模块进行控制。
41.所述执行器模块包含电机模块、电磁铁模块、oled显示屏模块、激光模块、四种led灯模块、风扇模块4、rgb led灯环模块、舵机模块，其中舵机模块的驱动电路采用是通用舵机电路，各厂家舵机皆可使用，电机模块不含电路，电机模块的接口为2p杜邦线即可，电机模块的接口与集线器本体中的电机接口相连接，其他执行器模块皆采用电路板、蓝色塑料壳、执行器接口，执行器接口至少含有一个 hy2.0—4p接口，用5v供电，3.3v信号系统，兼容5v信号系统，其中电磁铁模块、激光模块、四种led灯模块和风扇模块采用电平驱动方式，通过执行器接口与io接口相连接，直接操作最外侧普通io接口即可，oled显示屏模块为标准i2c接口操作，其操作方式符合 sw2812数据手册，也可直接使用我们的封装指令进行操作。
42.具体地，所述io接口、i2c接口采用ph2.0防反插接口，不需要担心因接错位置带来的机器故障，四组舵机接口和四组电机接口采用杜邦针，内部电路防反插接口，杜绝设备的操作不当损坏。
43.具体地，所述集线器本体1还包括四个电量指示灯、轻触按键、 usb接口105，实时显示电量，也可对充电状态做出指示，集线器本体1内置主控电路，保护设备不被短路、过流、过充，待机电流低，电池容量提升至1000mah瞬时最大放电功率可达15w，轻触按键及其电路集成单击电量显示、长按开机关机的功能，集线器内置升压充电电路，使用普通micro usb数据线即可充电。
44.具体地，所述集线器本体内电路板组上印刷有主控电路，主控电路包括充电电路501、开关机电路502、动力电路503、电量检查电路504、电机驱动电路508、io口扩展电路507、mcu供电电路506、外部接口电路505、金手指接口电路509，用于供电和运算，其中：
45.所述充电电路主要包括cn3300充电芯片，所述cn3300充电芯片通过快速开断mos管q6将从usb接口105接入的5v电压vbus进行升压至电池充电电压vbat，该芯片通过fb引脚以固定比例采集电池电压作为电量反馈，控制是否继续充电，然后充电芯片通过q4三极管及其外围电路进行处理，送往电量显示芯片；
46.所述开关机电路502包括稳压芯片u5、稳压芯片u6，当轻触按键sw1被轻触时vbat流入5v稳压芯片u5，随机key网络上电5v，其中一路通过d3流入mos管开关电路组，电路由电池vbat进入了 7.4v网络&7.4v_mcu网络，使得板上包括电量显示的所有部分上电，所以当其被轻触时可以观察电量确其是否需要充电，端口上也会短暂上电用于快速检测该设备的供电能力，另一路key作为信号通过q5 及电路组处理之后传递给稳压芯片u6，稳压芯片u6
在收到连续的开机信号超过1.5s后将powerkey网路的电平锁为高电平通过d3流入 mos管开关电路组，从而完成开机并且松手后不会掉电的过程，当key 信号被释放后再次产生时，信号再次流入稳压芯片u6，稳压芯片u6 感受到连续信号超过1.5s后释放powerkey网路，松开轻触按键sw1 时d3的输入段完全断电，从而释放其后面的mos管开关电路组完成关机过程，其中所述稳压芯片u5采用ssp7603p50mr，稳压芯片u6 采用1489-ebd7；
47.所述动力电路503采用芯片u3,芯片u3采用芯片 tps564201ddctt，直接将电池电压通过斩波加滤波的方式将直流电降压，其输出的电压靠vfb引脚进行等比例反馈，从而产生稳定的5v 电压供给5v_out网络，但稳压芯片u3的工作情况受到en位影响，当7.4v电压不存在时en位被p10电阻拉低，从而使此电路组达到截至的状态，也就是关机时没有电压输出，直到开机电路的7.4v供给到达，此电路开启，为所有除电机接口104外的接口提供电源；
48.所述电量检测电路504采用芯片u4，检测工作是由芯片u4完成，芯片u4采用芯片ssp6206-30nr，其功能是定比例采集电源电压，然后显示到四个电量指示灯上，电量指示灯采用led灯，是否显示充电特效取决于chg脚的电平信号，此信号由充电电路产生，此电路共在两种模式下处于运作状态，除正常开机使用外充电时，也会由usb直接为其供电，从而不用为了观察电量尔特意开机；
49.所述mcu供电电路506采用芯片u11，芯片u11采用芯片 ssp7603p50m，其输入来自开关机电路502供给的7.4v电源，其作用是将7.4v通过u11线性稳压至5v，再由5v稳压至3.3，为整个电路中包括micro：bit电脑板所在的金手指插座在内的非功率型用电设备提供运算所使用的两种电源；
50.所述金手指接口起到固定micro：bit电脑板、与集线器本体连接的桥梁作用，金手指接口电路采用金手指卧贴u9，本身的其电路图见图5中的509部分；
51.所述io接口101的io口扩展电路507采用芯片u12，芯片u12 采用芯片pca9685pw/q900，将i2c信号直接转换为pwm波，其中八路m_in1-m_in8流入电机驱动，作为四路电机的启动信号，还有四路，通过限流电阻后变成s1～s4传递给了四路舵机接口104；
52.所述电机驱动电路508采用两个电机驱动芯片u10、u13，电机驱动芯片u10、u13采用drv8833rtyr，电机芯片的电源来自开机电路的7.4v，收到io接口101的io口扩展电路507中芯片u12的信号的驱动转换为功率电流涌入两侧排针；
53.所述i2c接口102的cn2-cn11作用于插接外部传感器模块和执行器模块。
54.具体地，所述超声波传感器模块包括超声波驱动芯片、两个超声波探头，采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力传递信号，u2作为超声波驱动芯片负责驱动 u1和u3两个超声波探头，将信号通过运算后转换为pwm波返回信号通过cn1给集线器本体完成读取距离。
55.具体地，所述可燃气体传感器模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号， u2稳压芯片将5v转为3.3v为u1可燃气体传感器提供上拉电源，u1 从a网络回传电压代表可燃气体浓度。
56.具体地，所述霍尔传感器模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号，u1稳压芯片将5v转为3.3v为u2霍尔传感器提供上拉电源， u2从a网络回传电压代表磁场强度。
57.具体地，所述火焰传感器模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口
101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号，u1稳压芯片将5v转为3.3v为j1红外线传感器提供上拉电源，j1从a网络回传电压代表红外线强度进而测得火焰火势。
58.具体地，所述土壤湿度传感器模块和水位传感器模块采用 hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号，u21稳压芯片将5v转为3.3v为 q1三极管组成的放大电路提供上拉电源，u1～u4裸漏焊盘使用时被插入土中或水中产生微弱的电信号，q1将来自u1～u4的裸漏焊盘的信号放大，从a网络回传电压代表所测物体的导电程度进而获得湿度和水位。
59.具体地，所述光敏电阻模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号，u1稳压芯片将5v转为3.3v为r1光敏电阻提供上拉电源， r1从a网络回传电压代表光线强度。
60.具体地，所述灰度传感器模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号，u1稳压芯片将5v转为3.3v为r1光敏电阻提供上拉电源， r1从a网络回传电压代表光线强度，增加两个led灯进行补光。
61.具体地，所述防水温度传感器模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号，cn2作为接口连接防水温度传感器探头，u10稳压芯片将5v转为3.3v为cn2上接插的温度电阻提供上拉电源，cn2 上接插的温度电阻从a网络回传电压代表水中温度。
62.具体地，所述电位器模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输模拟信号， u21稳压芯片将5v转为3.3v为r1电位器提供上拉电源，r1从 a网络回传电压代表电位器角度。
63.具体地，所述rgb led灯环模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控的io接口101相连，为该模块提供电力和数字信号， led1-led8电源并联，信号串联，从而受到a网络的集群控制，其控制方式符合sw2812数据手册控制方式。
64.具体地，所述电磁铁模块包括电磁铁驱动电路，采用hy2.0 接口cn1，通过排线与主控电路的io接口101相连接，为该电磁铁模块提供电力与信号，电磁铁模块的信号脚，插上线之后电磁铁模块的信号脚会和集线器本体的io接口连接到一块，集线器本体通过这个引脚控制电磁铁模块，经过二级放大后提供给电磁铁，随着a网络电平升高产生磁力，a网络电平变低后电磁铁磁力消失。
65.具体地，所述oled显示模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的i2c端口102相连，为该模块提供电力与i2c信号，u1稳压芯片将5v转换为3.3v提供给j1表示的oled显示屏，u2作为屏蔽壳起到保护的作用。
66.具体地，所述激光模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力与电平信号，a网络信号来自集线器本体，经过放大后提供给u1激光头，随着a 网络电平升高产生激光，a网络电平变低后激光消失。
67.具体地，所述led灯模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力与信号，u1稳压芯片将5v转换为3.3v，为led1提供电源，d网络信号来自集线器本体，led灯随着d网络电平升高熄灭，d网络电平变低后led 灯亮起。
68.具体地，所述风扇模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力与信号，d与a是来自集线器的驱动信号，输入u2电机驱动后驱动u1电机，
进而控制其是否转动。
69.具体地，所述按钮模块采用hy2.0接口，可通过排线与主控电路的io接口101相连，为该模块提供电力，传输数字信号，a 网络被r1上拉，直到key1被按下时a网络产生电位变化，从而获得按键信号。
70.本实用新型不局限于所述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
71.本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。