Hardware Design of Mobile Intelligent Car Based on STM32F103 (1)

漏电拒动作现象，因此必须设定供电线路上的开关

数量，才能正确检测供电线路的漏电电阻，另外，零序电流（零序电压）信号设置值不同，总开关不能与其分开关兼容；

（2）一个支路上分开关电脑综合保护器性能、

工作原理必须一致，否则不能兼容；

（3）1台变压器只能安装1个总开关，否则会出现电压叠加现象,漏电保护会拒动作。

笔者对平煤股份四矿使用的馈电开关漏电保护附加直流电源电压等级、接地极性进行了统计，并对其兼容性进行了试验，结果如表1所示。

表1

馈电开关漏电保护附加直流电源电压等级、接地极性

统计表

根据统计结果，把平煤股份四矿所有馈电开关都改为负极接地，据试验，附加直流电源DC24V 与

DC36V 的馈电开关配合,附加直流电源DC36V 与

DC48V 的馈电开关配合，漏电保护动作值及动作

时间能够达到国家标准，可以配合使用，附加直流电

源DC24V 与DC48V 的馈电开关不能配合使用。5建议

在此，笔者建议尽量选用同一生产厂家、工作

原理、性能比较一致的馈电开关配合使用，以确保供电可靠性。另外，笔者对馈电生产厂家提两条建议:

（1）馈电开关生产厂家制定统一标准，如附加直流电压等级、接地极性等，考虑设备兼容问题，以保证供电系统的安全性、可靠性；

（2）漏电保护设为分开关时，要使附加直流电源彻底断开，有些馈电开关只断开了本身保护器接点，并没有断开附加直流电源，对其自身没有影响,但不能可靠地与其它馈电开关兼容。

参考文献：

［1］徐国强.基于仿真模型的矿井附加直流电源漏电保护研究［J ］.山西

焦煤科技，2008（11）：1－3.

［2］胡天禄.矿井电网的漏电保护［M ］.北京：煤炭工业出版社，1987.［3］赵德超，刘志宏，杨群才.智能化馈电开关漏电保护的兼容应用［J ］.煤矿机电，2010（1）：108－109.

［4］何宏.电磁兼容与电磁干扰［M ］.北京：国防工业出版社，2007.［5］杜伟石.我国煤矿井下供电的现状与发展［J ］.煤矿机电，1997（6）：2－5.［6］景海云，蒋希雁.对矿用真空馈电开关漏电保护上级漏电测试的

探讨［J ］.煤矿机电，2006（3）：45－47.

作者简介：程宏图（1972-），河南商丘人，工程师，高级技师，主要从事综采电气研究，电子信箱：nieguannan@https://www.360docs.net/doc/5410407443.html,.

责任编辑：郑万才

收稿日期：2014－05－16

型号KBZ-500/1140(660)Z KBZ-500/1140(660)KBZ-630/1140(660)A KBZ-400/1140(660)A KBZ21-630/1140KBZ-630/1140(660)W KBZ-630/1140(660)BXB-800/1140(660)Y 附加直流电源电压等级DC36V

DC36V

DC24V

DC48V

生产厂家哈尔滨煤研电器有限公司哈尔滨煤研电器有限公司四平市四开电气设备制造有限公司四平市四开电气设备制造有限公司四平市同创电器设备制造有限公司徐州煤矿机械厂徐州煤矿机械厂泰安市众诚矿山自动化有限公司保护接地极性

负极负极负极负极负极正极正极正极!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

doi:10.13301/https://www.360docs.net/doc/5410407443.html,ki.ct.2014.08.071

基于STM32F103的移动智能车硬件设计

边明明

（滨州职业学院，山东滨州256603）

摘要：针对复杂环境下工作时具有自组织、自规划和自适应能力的移动机器人研究，设计了

一种基于STM32F103的移动智能车系统。硬件部分包括电源、单片机模块、iNEMO 惯性导航模块、无线数据传输模块、电机驱动模块和语音合成模块；软件移植了嵌入式系统μC/OS-II 进行多任务调度和外围设备管理。最后通过实验测试了系统的性能。实验结果表明，该系统具有稳定可靠、自主性强、实时性高的优点。

关键词：惯性导航；自主运动；STM32F103中图分类号：TP242文献标志码：A 文章编号：1008－8725（2014）08－0183－03

Hardware Design of Mobile Intelligent Car Based on STM32F103

BIAN Ming-ming

(Binzhou Vocational College,Binzhou 256603,China)

Abstract ：Research on mobile robot with self organization,self planning and adaptive ability in complex environment work,a intelligent car system based on STM32F103is designed.The hardware part contains power,MCU,iNEMO inertial navigation,wireless communication,motor drive and speech synthesis.In software,the embedded system μC/OS-II is used for multitask scheduling and operation of peripheral devices.The system is tested by experiment.Experimental results show that the system has advantages of good stability,strong autonomy,high real-time capability.Key words:inertial navigation;autonomous motion;STM32F103

煤炭技术

Coal Technology

Vol.33No.08Aug.2014

第33卷第08期2014年08月

183

第33卷第08期

Vol.33No.08基于STM32F103的移动智能车硬件设计———边明明

引言

导航技术是移动机器人技术研究中的核心技术，也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术，惯性导航的应用增强了移动机器人的自主性。本文基于STM32F103，利用iNEMO 惯性导航开发设计了一种轮式机器人的智能车系统，智能车系统在运动过程中不断地自我调节，不需要人的干预就能够自动消除或减小外部的干扰，增强了适应环境的能力，可以应用于煤矿等条件恶劣和危险的场合。

1系统总体设计

系统采用模块化的设计思想，主要模块有惯性导航模块、主控制器模块、驱动模块、无线通信模块和语音合成模块、电源模块等；其中：惯性导航模块负责实时检测机器人姿态信息；主控制器模块负责接收控制指令及机器人姿态信息，准确实现机器人不同运动状态的切换，调整运动姿态及实现机器人的自动调整以提高抗干扰能力、体现自主智能性，并实时播报当前指令内容；驱动模块的作用主要是利用全桥驱动电路，配合驱动芯片对机载直流电机进行正反双向的可靠控制。系统硬件整体结构如图1所示。

图1系统硬件整体结构

系统硬件设计与实现（1）单片机模块设计

主控制模块以STM32F103型号单片机为核心，电路如图2所示。

图2STM32电路图

（2）惯性导航模块设计

采用意法半导体公司iNEMO 惯性传感器模块STEVAL-MKI062V2检测机器人姿态信息，iNEMO 惯性传感器模块可以通过串口向外界提供各传感器原始数据，也可以提供各传感器经数据融合后的角速率数据，包括横滚、俯仰和偏航3个角度。接口电路如图3所示。

图3iNEMO 模块接口电路

（3）无线数据传输模块设计

选用JZ871无线数据传输模块提供双向的数据信号传输，通过RS232接口实现通信连接，电路如图4所示。

图4数据传输接口电路

（4）电机驱动模块设计

电机驱动模块主要包括H 桥驱动电路和H 桥电路，电路如图5所示。

图5电机驱动电路

（5）语音合成模块设计

采用科大讯飞4240语音合成卡，直接合成为语音输出，语音合成卡与主控制器采用SPI 数据通信，在通讯设置为Slave 身份，主控制器作为Master 身份,提供时钟信号给语音板卡。其电路如图6所示。

图6语音合成接口电路

（6）电源模块设计

电源电路如图7所示。开关P 1为电源开关，BT 1

无线通信模块

主控制器模块惯性导航模块

直流电机

电机驱动模块

舵机

语音合成模块

GND

234

RX2TX2

STEVAL-MKI062V2

0.1μF 0.1μF

C 271+3C 314+

U 5

TX 1

RX 1

1012

915

GND

MAX3232EWE

1471386

0.1μF C 35

RS232TX

RS232RX

GND 12345JZ871

SLE 1RS232R2X RS232T3X

P 4

GND R 29

10k Ω

C 29

104μF

10μF C 28

V CC 5V

VCC5V

GND

0.1μF

C 25

V CC 3V3

C 30162

0.1μF C1+V CC C1+V+C2+C2-T1IN T1OUT T2IN T2OUT R1OUT R1IN R2OUT R2IN GND

V-V CC 3V3

U 6

Voice out

GND GND Ready

XF-4280

Gnd MOSI Vcc MISO Gnd SSEL Out SCK Gnd Sda Gnd Scl Rdy Txd Rxd Rst MOSI MISO NCC SCK RST

C P 1

C P 2

V C P

V I N

V B B

LONG

VREG13

RDEAD OVSET VDRAIN

VDSTH CA ENABLE SA PHASE GHA MODE GLA SR CB RESET SB GHB GLB FAULT GLB GND

LSS

A3940

AGND C 6

+V cc 1

L 1

BLM18PG600

C 4

C 5

U 1

V 5

AGND SA1

SB1

1VDRAIN19C 911

10GHA112GLA16C 104

5GHB13GLB12V SS 1

AGND

GHB 1GLB 1

R 2

100Ω

R 8100Ω

123

VDRAIN1Q 2

+V cc 1

D 1SB1

D 4

V SS 1

1D 2

SA1D 3IRFZ48N Q 3

IRFZ48N

R 12

100k Ω

R 14

100k ΩQ 4

IRFZ48N R 9

100ΩGLA1

GLA1

R 3

100ΩQ 1

IRFZ48N

AGND AGND

C 8

AGND

EN1DIR1

R 16

LD1G

R 15

10k ΩVCC5V V 5_O_1

202627192823242122251817R 4R 5R 6R 7

R 10R 11R 13

V CC 3V3P 2

PA15PA14RESET C 1103

PB4PA13PB3

Header 4X2

1234567

JTAG

TIM3-CH1U 1

ADC_CH010

TX 212

RX 2

13KEY 1

14KEY 2

15PWM 16

29TX 130RX 1

31WDLED 32ACCLED 33PA 1334PA 1437PA 15

38V CC 3V3

C 622pF R 11

10M Ω

C 14104

1212

S3V CC 3V3

1243648

V CC 3V3

L 110μH

R 160

C 17C 18C 19C 20C 2110μF

104

VCC3V3

C 15104μF

STM32F103C8T6C 722pF

Y 18M Ω

R 7

1M Ω

56447R 10100M Ω

18192039PB 340PB 4

4142DUON TM4-CH1

43454621MEN 22DIR 125NSS 26SCK 27MISO 28MOSI

234

2335478

PA0-WKUP PB0PA 1PB1

PA 2PB2/BOOT1PA 3PB3/JTDO PA 4PB4/JNIRST

PA 5PB5PA 6PB6PA 7

PB7

PA 8PB8PA 9PB9PA 10PB10PA 11PB11PA 12

PB12PA 13/JTMS/SWDIO PB13PA 14/JTCK/SWCLK PB14PA 15/JTDI PB15

OSC_IN/PDO PC13-TAMPER-RTC

OSC_OUT/PD1PC14-OSC32_IN PC15-OSC32_OUT

BOOTO NRST VBAT VEE_1VSS_1VEE_2VSS_2VDD_3

VSS_3VDDA

VSSA

R 1

100k Ω

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煤炭技术

Coal Technology

Vol.33No.08Aug.2014

第33卷第08期2014年08月

为锂电池，当外接9V 直流电源失效时由BT 1供电，同时STM32采样并监测锂电池电源电压。系统5V 、3.3V 电源分别选用LM2940-5.0低压差三端稳

压器和REG117-3.3稳压模块提供。图7电源电路

系统软件设计

系统软件采用嵌入式操作系统μC/OS-II 设计，优势是可裁剪、多任务和实时性，按照模块化和层次化的思想进行任务规划。软件部分主要完成的控制有：机载STEVAL-MKI062V2模块发出的数据信息的接收和处理、舵机控制、电机控制、电池电压采集、状态指示等功能，机器人根据不同的行走状态可以自主调整其运动方向和速度。4实验测试

（1）稳定性测试

使用遥控器向智能车发送不同控制指令以测

试系统的稳定性，实验证明，系统运行稳定可靠；当路面有沙石等颠簸路面，智能车俯仰角快速地朝着

基准俯仰角相反的方向变化，并减速运动，保证了车体的稳定。

（2）上下坡测试当智能车由平直轨道驶入坡道时，机器人会自行加速，产生较大力矩以成功爬坡；检测到下坡时，会自行减速，以免车速过高发生翻车。

（3）转弯测试

智能车转弯即偏航角发生变化时，速度就会根据转弯量发生变化，并且转弯量越大，车速越低。5结语

文中机器人车体部分通过无线数据传输模块接收遥控器指令，然后结合传感器测得的实时姿态数据，经过控制器处理之后，转换为运动控制命令以实现对车体的体态控制，可以实现对速度和运动方向的自主智能调整，有很强的自适应性和鲁棒性。

参考文献：

［1］武传宝，姜永增.基于ARM9+DSP+CAN 的轮式机器人试验平台

研究［J ］.煤炭技术，2012，31(4)：174-175.

［2］秦玉鑫.移动机器人组合导航系统研究与设计［D ］.昆明：昆明理

工大学,2011.

［3］潘晓伟.基于惯性导航的移动机器人设计［D ］.济南：山东大学,

2012.

［4］任哲.嵌入式实时操作系统μC/OS-II 原理及应用［M ］.2版.北

京:北京航空航天大学出版社,2009.

［5］王田苗.嵌入式系统设计与实例开发:基于ARM 微处理器与μC/OS-II 实时操作系统［M ］.2版.北京：清华大学出版社,2003.

作者简介：边明明（1982-），山东滨州人，从事自动化专业的教学与管理工作，电子信箱：rentian9876@https://www.360docs.net/doc/5410407443.html,.

责任编辑：郑万才收稿日期：2014－05－05

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!doi:10.13301/https://www.360docs.net/doc/5410407443.html,ki.ct.2014.08.072

支架搬运车前车架谐响应分析

张

红

（中煤科工集团工程科技有限公司，北京100013）

摘要：为了消除因支架搬运车发动机振动而导致的发动机托架及前车架颤动，改善发动机外

围附件的疲劳使用寿命，在支架搬运车的前车架和发动机间增加了减震整体托架，并利用ANSYS

Workbench 对某新型支架搬运车动力总成车架结构进行谐响应分析，对车架的振动进行预测。

关键词：支架搬运车；前车架；谐响应；托架

中图分类号：TD52；TD542文献标志码：A 文章编号：1008－8725（2014）08－0185－03

Harmonic Response Analysis of Front Frame for Hydraulic Roof

Supports Transport Vehicle

ZHANG Hong

(CCTEG International Trading Co.,Ltd.,Beijing 100013，China)

Abstract:In order to eliminate the resonant of engine bracket and front frame caused by the engine vibration,the damping bracket was introduced between the front frame and explosion -proof diesel engine.The harmonic response analysis of front frame for hydraulic roof-supporter transport vehicle was conducted with ANSYS Workbench,which can be used for the vibration prediction.

Key words:hydraulic roof-supporter transport vehicle;front frame;harmonic response;bracket

J 1

PWWEROV

A B C BATin

BT 1v

P 1

V CC

SW-SPDT BATin R 1

R 2ADC CH010k ΩC 1

100nF

330k

R 3

200k

AGND

V CC 5V C 4104

V CC

U 212

LM2940-5.0

IN COM COM

OUT

C 2104

AGND C 310μF AGND V CC 3V 3

IN OUT COM

OUT

U 331

AGND

V CC

C 710μF

C 8103

REG1117-3.3

C 1010μF

C 11103

185