專利名稱：一種直立式智能車直立行走控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及智能車車模的行駛控制技木，尤其涉及ー種直立式智能車車模直立行走控制器。
背景技術(shù)：
車模直立行走是要求仿照兩輪子平衡電動車的行進(jìn)模式，讓車模以兩個(gè)后輪驅(qū)動進(jìn)行直立行走。近年來，兩輪子平衡電動車以其行走靈活、便利、節(jié)能等特點(diǎn)得到很大發(fā)展。國內(nèi)外有很多這方面的研究，也有相應(yīng)的產(chǎn)品。在電磁組比賽中，利用了原來C型車模雙后輪驅(qū)動的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩輪子平衡行走。相對于傳統(tǒng)的四輪行走車模競賽模式，車模直立行走在車體檢測、控制算法等方面提出了更高要求。因此，研發(fā)直立式智能車車模直立行走控制器成為本領(lǐng)域技術(shù)人員的熱點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在干，提供ー種直立式智能車車模直立行走控制器，該控制器通過對車模兩個(gè)后輪的直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向及速度控制，而實(shí)現(xiàn)車模的直立行走。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案ー種直立式智能車車模直立行走控制器，包括智能車車摸，智能車車模的后輪上安裝兩個(gè)電機(jī)，其特征在于，在電機(jī)的輸出軸上安裝有光電編碼盤，智能車上還安裝有單片機(jī)、加速度計(jì)和陀螺儀，在車模前方還安裝有兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈；其中，加速度計(jì)、陀螺儀分別與單片機(jī)相連，電磁感應(yīng)線圈通過電磁線檢測電路與單片機(jī)相連接，光電編碼盤通過速度檢測電路連接計(jì)算機(jī)，電機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動電路與單片機(jī)相連接。本實(shí)用新型的其它特點(diǎn)是所述單片機(jī)采用DSC MC56F8031型號的單片機(jī)；所述電機(jī)驅(qū)動電路中的采用電機(jī)驅(qū)動芯片33886 ；所述的兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈均采用IOmH的エ字型電感；所述的加速度計(jì)采用低g值的傳感器MMA7260。本實(shí)用新型的直立式智能車車模行駛的控制器，通過加速度傳感器和陀螺儀測量車模傾角和傾角加速度，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)加速度控制而使車模直立穩(wěn)定；光電編碼盤可以獲得電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，同時(shí)利用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器測量在固定時(shí)間間隔內(nèi)速度脈沖信號的個(gè)數(shù)可以測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后通過PID反饋控制，便可以精確控制電機(jī)的運(yùn)行速度，從而控制車模的運(yùn)行速度；利用電磁感應(yīng)線圈對道路電磁中心線進(jìn)行檢測，獲得的電磁線偏差檢測信號分別與車模速度控制信號進(jìn)行加和減，形成左右輪差動電壓，使得車模左右輪運(yùn)行角速度不一致進(jìn)而控制車模方向，最終實(shí)現(xiàn)車模的直立行走，其控制還可以通過單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。

[0012]圖I為本實(shí)用新型的直立式智能車車模直立行走控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的側(cè)視圖；圖1、2中的標(biāo)記分別表示圖I中的標(biāo)記分別表示1、智能車車模，2、后輪，3、單片機(jī)，4、加速度計(jì)，5、陀螺儀，6、電機(jī)，7、光電編碼盤，8、電磁感應(yīng)線圈；圖3是電機(jī)速度檢測示意圖，圖中的標(biāo)記分別表示6、電機(jī)，7、光電編碼盤，13、計(jì)數(shù)器，14、輸出線。圖4為電機(jī)PI反饋控制圖；圖中的標(biāo)記分別表示6、電機(jī)，7、光電編碼盤，13、計(jì)數(shù)器。圖5為車模方向控制圖；圖6為控制器的硬件框圖；圖中的標(biāo)記分別表示3、單片機(jī)，4、加速度計(jì)，5、陀螺·儀，6、電機(jī)，7、光電編碼盤，8、電磁感應(yīng)線圈；9、電機(jī)驅(qū)動電路，10、電源，11、速度檢測電路，12、電磁線檢測電路。圖7為單片機(jī)的連接電路圖；圖8為陀螺儀和加速計(jì)的電路圖；其中，Ca)圖為陀螺儀的電路圖，(b)圖為加速計(jì)的電路圖；圖9為電機(jī)的驅(qū)動電路圖；圖10為速度傳感電路；圖中的標(biāo)記分別表示7、光電編碼盤，13、計(jì)數(shù)器。圖11為電磁檢測電路圖。其中，(a)圖是左側(cè)電磁檢測電路圖，(b)圖是右側(cè)電磁檢測電路圖，而且(b)圖方框內(nèi)的電路與(a)圖中的電路完全相同。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
參照圖I、圖2和圖6，本實(shí)用新型給出ー種直立式智能車完成直立行走的控制器，包括智能車車模I，智能車車模I的后輪2上安裝兩個(gè)電機(jī)6，其特征在于，在電機(jī)6的輸出軸上安裝有光電編碼盤7，智能車I上還安裝有單片機(jī)3、加速度計(jì)4和陀螺儀5，在車模前方還安裝有兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈8，其中，加速度計(jì)4、陀螺儀5分別與單片機(jī)3相連，電磁感應(yīng)線圈8通過電磁線檢測電路與單片機(jī)3相連接，光電編碼盤7通過速度檢測電路連接計(jì)算機(jī)3，電機(jī)6通過電機(jī)驅(qū)動電路9與單片機(jī)3相連接，單片機(jī)3上還連接有電源10。通過加速度計(jì)4和陀螺儀5可以使智能車車模I保持直立穩(wěn)定，光電編碼盤7和單片機(jī)3上的計(jì)數(shù)器13可以測量出電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過PID反饋控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度控制，道路電磁中心線檢測偏差信號和速度控制信號相加減形成左右輪差動電壓，從而對智能車車模I方向進(jìn)行控制，最后通過單片機(jī)3編輯算法實(shí)現(xiàn)智能車車模I直立行走。參照圖3和圖4，通過在電機(jī)6輸出軸上安裝光電編碼器7，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)6的速度檢測，然后通過將信號傳給單片機(jī)3，利用單片機(jī)3上的計(jì)數(shù)器13測量在固定時(shí)間間隔內(nèi)速度脈沖信號的個(gè)數(shù)可以測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后，通過PID反饋控制，在單片機(jī)3上編輯算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的控制。參照圖5，利用電磁線偏差檢測信號分別與車模速度控制信號進(jìn)行加和減，形成左右輪差動控制電壓，使得智能車車模I左右輪運(yùn)行角速度不一致進(jìn)而控制智能車車模I方向。通過左右電機(jī)速度差驅(qū)動智能車車模I轉(zhuǎn)向消除智能車車模I偏差，這是ー個(gè)積分過程。因此，智能車車模I差動控制只需要進(jìn)行簡單的比例控制就可以完成智能車車模I方向控制，同時(shí)注意在固定兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈7的時(shí)候，盡量保持這兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈7呈水平位置。參照圖7，本實(shí)施例中，單片機(jī)選用DSC MC56F8031單片機(jī)，它體積小(32PINTQFP)，功耗低(3. 3V工作電壓)，運(yùn)算速度快(32MIPS，DSP結(jié)構(gòu))，具有豐富的外設(shè)模塊，非常適合控制車模的運(yùn)行。參照圖8，(a)圖的陀螺儀電路主要是將陀螺儀5信號進(jìn)行放大濾波。由于加速計(jì)采用是低g值的傳感器MMA7260，它的輸出信號非常大，不需要再進(jìn)行放大((b)圖)。圖8中(a)圖將陀螺儀5的輸出信號放大了 10倍左右，并將零點(diǎn)偏置電壓調(diào)整到工作電源的一半(16. 5V)左右。將上述電路單獨(dú)制作成小的電路板，可以比較方便放置在整個(gè)車模中間質(zhì)心的位置。參照圖9，由于DSC F8031是3. 3V器件，它的IO輸出電壓最高位3. 3V，達(dá)不到33886對于高電平必須大于3. 5V的要求，所以路中專門設(shè)計(jì)了 5V電源，將33886的驅(qū)動信號上拉至5V。由于F8013的IO端ロ可以容忍5V電壓，所以圖9的電路便可以使33886的驅(qū)動信號電壓達(dá)到5V。為了提高電源應(yīng)用效率，驅(qū)動電機(jī)的PWM波形采用了單極性的驅(qū)動方式，因此，每一路電機(jī)為了能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，都需要兩個(gè)PWM信號。同時(shí)，為了防止電機(jī)輸出電流對于電源的沖擊，在電路板的電源輸入(7. 2V)端ロ并聯(lián)了ー個(gè)1000微法電容。參照圖10,電機(jī)速度傳感電路使用了固定在電機(jī)輸出軸上的光碼編碼盤7以及相互配合的計(jì)數(shù)器13。由于計(jì)數(shù)器13直接輸出數(shù)字脈沖信號，因此可以直接將這些脈沖信號連接到單片機(jī)3的計(jì)數(shù)器端ロ。參照圖11，左右兩側(cè)的電磁檢測電路對道路中心線進(jìn)行檢測，保證智能車車模I始終能夠運(yùn)行在賽道上。
權(quán)利要求1.一種直立式智能車車模直立行走控制器，包括智能車車模(1)，智能車車模(I)的后輪(2)上安裝兩個(gè)電機(jī)(6)，其特征在于，在電機(jī)(6)的輸出軸上安裝有光電編碼盤(7)，智能車(I)上還安裝有單片機(jī)(3)、加速度計(jì)(4)和陀螺儀(5)，在車模前方還安裝有兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈(8)； 其中，加速度計(jì)(4)、陀螺儀(5)分別與單片機(jī)(3)相連，電磁感應(yīng)線圈(8)通過電磁線檢測電路與單片機(jī)(3)相連接，光電編碼盤(7)通過速度檢測電路連接計(jì)算機(jī)(3)，電機(jī)(6)通過電機(jī)驅(qū)動電路(9)與單片機(jī)(3)相連接，單片機(jī)(3)上還連接有電源(10)。
2.如權(quán)利要求I所述的直立式智能車車模直立行走控制器，其特征在于，所述的單片機(jī)(3)的型號為 DSC MC56F8031。
3.如權(quán)利要求I所述的直立式智能車車模直立行走控制器，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動電路(9)中的電機(jī)驅(qū)動芯片是33886。
4.如權(quán)利要求I所述的直立式智能車車模直立行走控制器，其特征在于，所述兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈(8)均采用IOmH的工字型電感。
5.如權(quán)利要求I所述的直立式智能車車模直立行走控制器，其特征在于，所述加速度計(jì)(4)采用低g值的傳感器MMA7260。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直立式智能車完成直立行走的控制器，包括智能車車模，智能車車模的后輪上安裝兩個(gè)電機(jī)，在電機(jī)的輸出軸上安裝有光電編碼盤，智能車上還安裝有單片機(jī)、加速度計(jì)和陀螺儀，在車模前方還安裝有兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈；其中，加速度計(jì)、陀螺儀分別與單片機(jī)相連，電磁感應(yīng)線圈通過電磁線檢測電路與單片機(jī)相連接，光電編碼盤通過速度檢測電路連接計(jì)算機(jī)，電機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動電路與單片機(jī)相連接。能夠?qū)崿F(xiàn)車模直立行走。
文檔編號G05D1/02GK202615238SQ20122025557
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者喬潔, 李龍輝, 劉永濤, 趙博博 申請人:長安大學(xué)