一种多路程控磁场发生器制造技术

本实用新型专利技术涉及到磁场发生器领域，特别是一种多路磁场发生器技术领域；包括一种多路程控磁场发生器，其特征是：它由STM32F407VET6单片机最小系统、ESP8266串口WIFI模块、TFT液晶彩屏、大功率MOS管H桥驱动电路（由隔离芯片、NMOS管IRLR7843、采样电阻、半桥驱动芯片IR2104组成）、电流采集电路、ADC稳压及上位机组成，该磁场发生器具有结构简单、便于操作、生产成本低的优点。产成本低的优点。产成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多路程控磁场发生器


[0001]本技术涉及一种通过上位机无线控制8路电磁线圈输出电流从而控制电磁线圈的磁场变化的电源装置，属于微型机器人控制领域。特别涉及可编程的稳定电流源设计领域。

技术介绍

[0002]20世纪80年代中期，PUMA机器人最先被用于神经外科,标志着机器人应用技术正式开始在医学领域大放异彩。经过30余年的发展，医疗机器人已经深入到各个医疗领域，并有超过100家研究机构开展手术机器人相关技术研究和实验。而近年来伴随着微型机器人制造技术和集成电路工艺的发展,医用微型移动机器人系统的研制逐渐映入人们眼帘。
[0003]磁微型机器人具有体积小，内部无供电装置的特点，因此为了控制这种机器人的运动就需要获得所需的磁场，依靠磁场驱动磁微型机器人的移动。
[0004]实际上, 早在2015年, 美国的科研团队就研发出了一种由生物可相容的水凝胶和磁性纳米颗粒组成的微型机器人。而这些磁性纳米颗粒的作用便是可以让微型机器人在电磁场中移动，因此这种机器人没有内部供电装置，其所有的移动均由外部磁场控制。
[0005]因此，激发出稳定的磁是解决磁微型机器人动力方面问题的关键。而本技术依据电流的磁效应，设计了一种可编程的多路磁场发生器，可通过编程的方式产生合适的电流以产生所需要的磁场。

技术实现思路

[0006]本技术的目的是设计一种可编程的多路磁场发生器，可通过编程的方式产生合适的电流以产生所需要的磁场。首先，本技术设计了一种内置嵌入式控制系统的可编程电流源，并通过无线通信的方式将上位机的指令发送给电流源控制系统，调节不同的电流输出的PWM得到所需的稳定磁场，该磁场发生器具有结构简单、便于操作、生产成本低的优点；其次，本技术提供了一种调节电流源输出电流PWM而实现磁场变化的方案，通过此方法可以更为简单的获得激发所需磁场。
[0007]一种多路程控磁场发生器，其特征在于，由上位机无线控制系统、电流源主控控制系统、电流驱动控制系统组成。
[0008]进一步，所述的一种多路程控磁场发生器，其特征是：它由STM32F407VET6单片机最小系统、ESP8266串口WIFI模块、TFT液晶彩屏、大功率MOS管H桥驱动电路（由隔离芯片、NMOS管IRLR7843、采样电阻、半桥驱动芯片 IR2104组成）、电流采集电路（及该部分的电路设计）、ADC稳压及上位机组成。
[0009]进一步，所述的大功率MOS管H桥驱动电路，其特征是：该H桥驱动电路主要由IR2104及大功率MOS管组成，两个IR2104和四个MOS管控制一个线圈，IR2104的VB和VS接入自举电容，驱动信号与栅极之间串接一个10欧的电阻。该电路作用是导通单向负载进行工作，通过改变桥臂导通的方向来改变通过负载的电流方向，从而改变线圈磁场的方向。工作
时下桥臂功率管导通，位于IR2104芯片VB和VS间的电容（图中所示为C10和C11）充电，当充电至VB（HO）和 Vs 之间的压差为Vcc电压时，利用自举电容瞬间电压不变性的压差打开上桥臂，同时IR2104芯片HO引脚输出与IN输入信号波形一致的信号，LO输出与IN 输入信号波形相反的信号，使桥臂的上下桥臂的交替导通，改变通过负载的电流方向；驱动信号与栅极之间串接一个10欧的电阻避免信号震荡损坏MOS管。
[0010]本技术的有益效果是，本技术相比于已有的仅通过DAC芯片和运放实现可编程电流源来实现磁场控制，最大的优点一是可以实现多路电流的输出，从而可以使对于磁场的控制更为精准；二是实现了无线控制，使对于磁场的控制方式更为灵活；三是引入桥驱动，使整个技术的稳定性大大提升；四是原理简单，人机互动友好，方便操作人员对本技术进行理解学习和操作。
附图说明
[0011]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0012]图1是上位机无线控制系统及电流源主控控制系统。
[0013]图2是电流驱动控制系统。
[0014]图3是本技术总体设计概图。
[0015]图4是电流源主控控制系统原理框图。
[0016]图5是电流驱动控制系统。
[0017]图6是电流源主控控制系统程序设计。
[0018]图7是PWM工作原理。
[0019]图8是PWM 输出软件设计。
[0020]图9是ADC采集。
[0021]图10是无线模块软件设计。
[0022]图11是上位机程序设计。
[0023]图12是上位机界面。
[0024]图13是电磁线圈连接实验图。
[0025]图14曲线拟合结果。
[0026]其中：电源接口1、滤波电路2、BOOT选择电路3、单片机主控4、ADC稳压5、供电电源稳压6、下载口组成7、无线WIFI模块8、电流驱动控制系统由隔离电路9、NMOS管H桥10、电流采集电路组成11。
具体实施方式
[0027]现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。
[0028]本技术由三个系统组成：上位机无线控制系统（图1）、电流源主控控制系统（图1）、电流驱动控制系统（图2），本技术总体设计概图如图3所示。
[0029]如图1所示，上位机控制系统由无线WIFI模块8组成；电流源主控控制系统由电源接口1、滤波电路2、BOOT选择电路3、单片机主控4、ADC稳压5、供电电源稳压6、下载口组成7；电流驱动控制系统由隔离电路9、NMOS管H桥10、电流采集电路组成11。
[0030]电流具有磁效应，要想产生磁场必须电流，在系统工作时，无线WIFI模块8接收用
户命令并将命令传输给单片机主控4，单片机接收命令后控制NMOS管H桥10输出对应PWM的电流以产生磁场，同时电流采集电路11实时采集输出电流数据反馈给单片机主控4以调整输出PWM，使电流输出稳定。
[0031]此外，为了保证ADC采集的准确性，在系统加入ADC稳压模块5；为了保护单片机主控，防止信号反输，设计了隔离电路9使信号只能单向通过。
[0032]主要所用器件如下：
[0033]1、选择STM32F407VET6作为本技术电流源主控控制系统芯片；
[0034]2、选择ESP8266串口WIFI模块实现上位机和主控之间的无线通信；
[0035]3、选择TFT液晶彩屏用来显示输出电流；
[0036]4、本技术采用大功率MOS管H桥驱动电路驱动电磁线圈并使用采样电阻进行电流检测。
[0037]本技术所用上位机使用C#编程语言在Visual Studio上进行开发。
[0038]一、电流源主控控制系统。该部分的作用有二：
[0039]一是接收上位机的命令；二是控制电流驱动控制系统输出所需电流以产生对应的磁场。电流源主控控制系统通过 ESP8266 模块接收来自上位机发送的命令并根据需要改变 PWM 通道的输出状态以及 PWM 输出大小来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路程控磁场发生器，其特征是：它由STM32F407VET6单片机最小系统、ESP8266 串口 WIFI模块、TFT液晶彩屏、大功率MOS管H桥驱动电路、电流采集电路、ADC稳压及上位机组成，所述大功率MOS管H桥驱动电路由隔离芯片、NM...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，李子怡，李晓，冯浚福，韦耀星，许涵，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：