[发明专利]双制控制全数字航模舵机

说明书

技术领域

本发明涉及一种双制控制全数字航模舵机，具体地说是一种适用于人形机器人、仿生机器人、机器鱼、高级航模等应用领域的舵机。

背景技术

舵机一般是由控制芯片和电路，减速齿轮组，直流电机，电位器以及外壳组装而成。而其核心是控制硬件和（或）软件。传统模拟舵机的工作原理是PWM(脉冲宽度调制)信号从接收通道进入信号解调电路，解调后获得偏置电压。该电压与电位器的电压比较后获得电压差并输出，送入电机驱动电机转动。此类舵机是模拟的，即没有单片机的控制，通过接收外部PWM信号，来调整舵机的转角。其主要问题包括：利用占空比的变化改变舵机的位置，存在精度和健壮性上的不足，易产生舵机的抖动现象，舵机容易烧毁，出现扫齿现象；只能接收上位机的单向控制信号，不能向上位机反馈信息，从而给机器人的调试和程序设计带来不便；不带位置锁存功能，需要上位机不断发送位置信息来保持当前位置，从而增加上位机负担等问题。

伴随着科学技术的不断发展，舵机的应用越来越广，出现一些利用单片机来接收上位机的串口（RS232和RS485）信号，并转换成PWM信号来进行控制的舵机，然而这些舵机在空载的时候，没有动力传到舵机马达。当有信号输入使舵机移动，或者舵机的摇臂受到外力的时候，舵机会作出反应，向舵机马达输出驱动电压。当加大每一个脉冲的宽度的时候，如电子变速器的效能就会出现，直到最大的动力/电压传送到马达，马达转动使舵机摇臂指到一个新的位置。然后，当舵机电位器告诉电子部分它已经到达指定的位置，那么动力脉冲就会减小脉冲宽度，并使马达减速。直到没有任何动力输入，马达完全停止。可是，一个短促的动力脉冲，紧接着很长的停顿，并不能给马达施加多少激励，使其转动。这意味着如果有一个比较小的控制动作，舵机就会发送很小的初始脉冲到马达，这是非常低效率的。这种舵机不足之处是:①控制方式单一，采用双工通讯，使得上位机与舵机控制芯片的串口通信接口利用不充分；②舵机速度单一，不可分级调试；③软件方面不能进行舵机内部程序读取，需使用ISP下载线，增加控制板电路复杂性；④舵机内部参数不可调，不能适用更多的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计一种采用单片机进行数字控制的双制控制全数字航模舵机，提供舵机与上位机间的PWM和RS232两种模式兼容的通信，并且只用单根信号线实现这种通信，提高控制精确及舵机调速单元高度集成等问题。

为了达到上述目的和解决上述问题，本发明采取的技术方案是：提供一种双制控制全数字航模舵机，包括有信号转换器、单片机、驱动电路、电机、减速齿轮组、电位器和外壳，所述的信号转换器采用单线双模控制接口连接上位机，接收上位机传送过来的角度编码PWM信号或RS232信号，转换成新的角度编码PWM信号或TTL电平，保存在单片机中用以控制舵机；所述的单片机选用ATmega8芯片，含有运算存储单元、AD转换器和电机驱动PWM信号模块； ATmega8芯片上的普通I/O接口串接电机驱动集成电路、直流电机、减速齿轮组和电位器，再连接到ATmega8芯片上的AD转换器的ADC输入通道；所述的信号转换器、单片机、电机驱动集成电路、直流电机、减速齿轮组和电位器安装在外壳内。

本发明所述的数字航模舵机中单片机也采用单线双模控制接口，通过控制芯片中的程序可在单线上既接收角度编码PWM信号，也接收RS232信号，从而实现了传统舵机与现代舵机的有机结合，由于只使用单根信号线，使接口简单。对于两种信号，单片机使用软硬件智能区分。

本发明的航模舵机所述的单片机通过RS232/编码PWM接口与外部的上位机软件通信，实现舵机程序升级，对存储在单片机中的可电擦写存储器内的舵机的死区范围、位置范围、PD控制参数信息进行修改，通过控制指令控制舵机的转角及速度，其中转角范围-90°到+90°，速度255级可调，对应于转速低限3.75°/s ，高限260°/s。

本发明的数字航模舵机可与外部上位机通信，实现舵机内部程序的读取和修改。所述的单片机通过接收上位机的角度编码PWM信号或RS232信号，产生新的角度编码PWM信号或TTL电平来控制舵机，通过上位机修改舵机EEPROM使舵机内部控制参数可调，并可针对不同的应用需要，实时修改舵机内部控制参数，达到最佳的控制效果；同时通过上位机的软件控制使舵机转速可调，即舵机可按指定的速度旋转到指定的角度，从而进一步降低了上位机控制的负担。