CN102092354A - 一种基于超声波的小车测距控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波的小车测距控制系统，包括一小车，还包括一主控制器模块、分别与该主控制器模块相连的速度检测模块、转向控制模块和电机驱动模块，以及一分别给所述的主控制器模块、速度检测模块、电机驱动模块供电的电源管理模块，该电源管理模块通过所述的电机驱动模块给所述的转向控制模块供电。方法包括以下步骤：初始化步骤、启动及采集步骤、判断是否有超声波信号到达、计算步骤、输出步骤、判断距离是否小于一米、停车及语音提示步骤，停车，并通过语音提示前方障碍物距离、判断是否存在无障碍物的方向、拐弯步骤、结束步骤。本发明结构简单，能够在小车行进过程中检测出障碍物，并避开该障碍物，提高了行车安全。

Description

一种基于超声波的小车测距控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种小车测距控制系统及其控制方法，尤其涉及一种基于超声波的小车测距控制系统及其控制方法。

背景技术

交通安全已经成为社会关注的焦点，对于如何躲避障碍物的小车目前已有不少相关产品或专利申请。主要的是以机械设备来实现躲避障碍物的目的，例如专利号为94244337.3的专利“汽车安全倒车障碍报警器”，该报警器主要通过电路等装置来实现，结构复杂，并且若出现故障，则检查起来也不容易。如何研制一种体积小、结构简单、检修方便，并且满足高精度的躲避障碍物的系统是本申请的发明人致力于研究和解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于超声波的小车测距控制系统及其控制方法，系统结构简单，能够在小车行进过程中检测出障碍物，并避开该障碍物，提高了行车安全。

实现上述目的的技术方案是：

本发明之一的一种基于超声波的小车测距控制系统，包括一小车，其中，还包括一主控制器模块、分别与该主控制器模块相连的速度检测模块、转向控制模块和电机驱动模块，以及一分别给所述的主控制器模块、速度检测模块、电机驱动模块供电的电源管理模块，该电源管理模块通过所述的电机驱动模块给所述的转向控制模块供电，其中：

所述的主控制器模块包括依次相连的超声波距离检测模块、第二核心控制器以及第一核心控制器，其中：

所述的超声波距离检测模块通过超声波检测小车前方上的障碍物距离数据，并将该障碍物距离数据输出给所述的第二核心控制器；

所述的第二核心控制器将接收到的障碍物距离数据发送给所述的第一核心控制器，该第二核心控制器内部集成有语音提示及功放模块以对接收到的数据进行语音提示；

所述的第一核心控制器对接收到的障碍物距离数据进行分析以决定小车运动速度和方向，它输出控制信号给所述的转向控制模块，并且还输出驱动信号给所述的电机驱动模块；

所述的速度检测模块包括一编码器，该编码器安装于小车车轮的轴上，该编码器间接检测小车的间接速度值，并将该间接速度值发送给所述的第一核心控制器；

所述的电机驱动模块包括依次相连的电子变速器和电动机，所述的电子变速器接收所述的电源管理模块输出的信号，并分别输出信号给所述的电动机和转向控制模块以进行供电；

所述的转向控制模块包括一第一舵机和一第二舵机，该第一舵机和第二舵机实现小车的转向；

所述的电源管理模块分别给所述的第一核心控制器、第二核心控制器、编码器供电，还通过所述的电子变速器给所述的电动机以及转向控制模块供电。

上述的基于超声波的小车测距控制系统，其中，所述的编码器为光电编码器。

上述的基于超声波的小车测距控制系统，其中，所述的电源管理模块采用镍镉电池。

本发明之二的一种小车测距控制系统的控制方法，其中，包括以下步骤：

步骤S1，初始化步骤，对小车测距控制系统中的各个模块进行初始化；

步骤S2，启动及采集步骤，启动小车的电动机，小车开始行驶并采集超声波信号；

步骤S3，判断是否有超声波信号到达，

若有超声波信号到达，则进入步骤S4；

若没有超声波信号到达，则等待t时间后返回步骤S3，t为正数；

步骤S4，计算步骤，计算小车前方的障碍物距离；

步骤S5，输出步骤，将障碍物距离输出至小车测距控制系统中的一核心控制器；

步骤S6，判断距离是否小于一米，即核心控制器判断障碍物距离是否小于一米，

若小于一米，则进入步骤S7；

若不小于一米，则返回步骤S3；

步骤S7，停车及语音提示步骤，停车，并通过语音提示前方障碍物距离；

步骤S8，判断是否存在无障碍物的方向，即从左至右判断是否能找到无障碍物的方向；

若不存在，则进入步骤S10；

若存在，则进入步骤S9，

步骤S9，拐弯步骤，将小车拐弯至障碍物距离超过一米的方向，然后返回步骤S3；

步骤S10，结束步骤，提示用户无法找到可行驶的道路，结束。

本发明的有益效果是：本发明在小车上安装一些芯片和模块，结构简单，体积小，并且若出现故障，检修方便，各模块之间协调工作，使小车行进过程中能够检测出障碍物，并在语音提示后主动避开障碍物，可以应用于倒车雷达、智能避障、简单的迷宫探测，机器人控制等领域。

附图说明

图1是本发明之一的基于超声波的小车测距控制系统的结构示意图；

图2是本发明之一的一实施例的电路图；

图3是本发明之二的小车测距控制系统的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图中示出了本发明之一的一种基于超声波的小车测距控制系统，包括一小车(图中未示出)，还包括一主控制器模块1、分别与该主控制器模块1相连的速度检测模块2、转向控制模块3和电机驱动模块5，以及一分别给主控制器模块1、速度检测模块2、电机驱动模块5供电的电源管理模块4，该电源管理模块4通过电机驱动模块5给转向控制模块3供电，其中：

主控制器模块1包括依次相连的超声波距离检测模块11、第二核心控制器12以及第一核心控制器13，其中：

超声波距离检测模块11通过超声波检测小车前方上的障碍物距离数据，并将该障碍物距离数据输出给第二核心控制器12；

第二核心控制器12将接收到的障碍物距离数据发送给第一核心控制器13，该第二核心控制器12内部集成有语音提示及功放模块(图中未示出)以对接收到的数据进行语音提示；

第一核心控制器13对接收到的障碍物距离数据进行分析以决定小车运动速度和方向，它输出控制信号给转向控制模块3，并且还输出驱动信号给电机驱动模块5；

速度检测模块2包括一编码器21，该编码器21安装于小车车轮的轴上，该编码器2间接检测小车的间接速度值，并将该间接速度值发送给第一核心控制器13；

电机驱动模块5包括依次相连的电子变速器51和电动机52，电子变速器51接收电源管理模块4输出的信号，并分别输出信号给电动机52和转向控制模块3以进行供电；

转向控制模块3包括一第一舵机31和一第二舵机32，该第一舵机31和第二舵机32实现小车的转向；

电源管理模块4分别给第一核心控制器13、第二核心控制器12、编码器21供电，还通过电子变速器51给电动机52以及转向控制模块3供电。

请参阅图2，为本发明之一的一较佳实施例的电路图。

第一核心控制器13是车体运动的控制核心，采用型号是单片机模块MC9S12xs128。MC9S12DG128是飞思卡尔公司生产的16位单片机，可运行在频率40MHz的数据总线上，片内资源主要包括8KRAM、128KFlash、2KEEPROM、1个SPI模块、8路16位计数器、1个CAN总线模块、4路外部事件触发中断口、2个SCI串行通信模块、8路PWM等。

第二核心控制器12采用型号SPCE061A，SPCE061A的IOB口和超声波距离检测模块11的IOB口相连。

超声波距离检测模块11采用型号为ULTRASONICV2.0，通过IOB口将数据提供给第二核心控制器12。

两块芯片的连接方式是：MC9S12xs128的PORTA口的8根引脚线(PT0-PT7)，与SPCE061A板的PORTA口的PT0-PT7按高低顺序相连接。超声波测出距离反馈给SPCE061A后，后者将距离信息通过PORTA口输出到MC9S12xs128的PORTA口，MC9S12xs128即对该距离进行分析，并决定小车运动速度和方向。

编码器21采用YZ30D4S-2NA-200编码器，为光电编码器，安装在靠近小车右轮的轴上，当小车在电动机52的驱动下前进时，编码器21也随着电动机52的转动而转动。编码器21上安装的齿轮与驱动电机上齿轮型号是一样的，有18个齿，而差速齿轮的齿轮数是76。编码器21每转动一周，输出200个脉冲，设定每20ms检测一次脉冲的总数N，脉冲总数N/200可以得出电动机52转动了多少周r，则差速齿轮转动了n＝r*(18/76)周。测得小车轮子的周长为17cm，得到在20ms内小车前进的距离S＝17*n(cm)，20ms内行进的距离是S，则实际速度为S/20。

YZ30D4S-2NA-200编码器采用PNP极输出，褐色线接5V电源，蓝色线接地，黑色信号线OUTA与MC9S12xs128的PT7引脚相连。由于编码器输出高电平低于5V，使芯片无法识别低压电信号，所以在黑色信号输出线与褐色电源线之间接一个1000欧的上拉电阻，使输出信号提高到标准的5V电压。

第一舵机31和第二舵机32使用futaba公司的S3010舵机完成转向控制，第一舵机31的控制信号由第一核心控制器13内的PWM模块PWM0和PWM1联合产生一个16位的PWM信号，第二舵机32控制信号由PWM模块PWM 4和PWM 5联合产生一个16位的PWM信号。由于舵机的转角与脉冲的宽度存在线性关系，改变PWM占空比可以改变输出脉冲的宽度，从而控制舵机的转向。

电子变速器51使用futaba公司的MC330电子变速器，由MC9S12xs128的PWM单片机模块的PWM6和PWM7联合产生一个16位的PWM信号，输出到MC330，MC330根据脉宽控制输出给驱动电机的电压和电流，从而控制电动机52的转动。

MC330齐全功能，舵机的电源供电是由MC330提供的。连线方式为，MC330的电源接口接电源管理模块4的电源接口。MC330的粗红线和粗黑线分别连接电动机52的红线和黑线，给电动机52提供电源。MC330的3PIN排线的黑色接口接地，红色接口与舵机3PIN排线的红色接头相连接，白线连接MC9S12xs128的PP1针脚，用来接收控制直流电动机转速的信号。

电源管理模块4采用7.2V/2000mA镍镉电池供电。7.2V电压经过型号为LT1084 CT-5的稳压器6稳压后得到5V电压，向两块单片机和编码器21供电。电源与MC330直连，输出6V电压，向两舵机供电；MC330同时与驱动机相连，通过信号控制给电动机52供电。

本发明之二的一种小车测距控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，初始化步骤，对小车测距控制系统中的各个模块进行初始化；

步骤S2，启动及采集步骤，启动小车的电动机，小车开始行驶并采集超声波信号；

步骤S3，判断是否有超声波信号到达，

若有超声波信号到达，则进入步骤S4；

若没有超声波信号到达，则等待t时间后返回步骤S3，t为正数；

步骤S4，计算步骤，计算小车前方的障碍物距离；

步骤S5，输出步骤，将障碍物距离输出至小车测距控制系统中的一核心控制器；

步骤S6，判断距离是否小于一米，即核心控制器判断障碍物距离是否小于一米，

若小于一米，则进入步骤S7；

若不小于一米，则返回步骤S3；

步骤S7，停车及语音提示步骤，停车，并通过语音提示前方障碍物距离；

步骤S8，判断是否存在无障碍物的方向，即从左至右判断是否能找到无障碍物的方向；

若不存在，则进入步骤S10；

若存在，则进入步骤S9，

步骤S9，拐弯步骤，将小车拐弯至障碍物距离超过一米的方向，然后返回步骤S3；

步骤S10，结束步骤，提示用户无法找到可行驶的道路，结束。

综上所述，本发明通过超声波检测某个方向是否有障碍物，如果有则采集并报告障碍物与车头之间的距离。障碍物离小车距离过近时，通过检测左右方向并自动找到一条没有障碍物的方向，避开障碍物后前进。对行车环境进行预测性提示，可以提高行车安全，保护人们的生命和财产。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于超声波的小车测距控制系统，包括一小车，其特征在于，还包括一主控制器模块、分别与该主控制器模块相连的速度检测模块、转向控制模块和电机驱动模块，以及一分别给所述的主控制器模块、速度检测模块、电机驱动模块供电的电源管理模块，该电源管理模块通过所述的电机驱动模块给所述的转向控制模块供电，其中：

所述的主控制器模块包括依次相连的超声波距离检测模块、第二核心控制器以及第一核心控制器，其中：

所述的超声波距离检测模块通过超声波检测小车前方上的障碍物距

离数据，并将该障碍物距离数据输出给所述的第二核心控制器；

所述的第二核心控制器将接收到的障碍物距离数据发送给所述的第一核心控制器，该第二核心控制器内部集成有语音提示及功放模块以对接收到的数据进行语音提示；

所述的第一核心控制器对接收到的障碍物距离数据进行分析以决定小车运动速度和方向，它输出控制信号给所述的转向控制模块，并且还输出驱动信号给所述的电机驱动模块；

所述的速度检测模块包括一编码器，该编码器安装于小车车轮的轴上，该编码器间接检测小车的间接速度值，并将该间接速度值发送给所述的第一核心控制器；

所述的电机驱动模块包括依次相连的电子变速器和电动机，所述的电子变速器接收所述的电源管理模块输出的信号，并分别输出信号给所述的电动机和转向控制模块以进行供电；

所述的转向控制模块包括一第一舵机和一第二舵机，该第一舵机和第二舵机实现小车的转向；

所述的电源管理模块分别给所述的第一核心控制器、第二核心控制器、编码器供电，还通过所述的电子变速器给所述的电动机以及转向控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的小车测距控制系统，其特征在于，所述的编码器为光电编码器。

3.根据权利要求1所述的基于超声波的小车测距控制系统，其特征在于，所述的电源管理模块采用镍镉电池。

4.一种小车测距控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，初始化步骤，对小车测距控制系统中的各个模块进行初始化；

步骤S2，启动及采集步骤，启动小车的电动机，小车开始行驶并采集超声波信号；

步骤S3，判断是否有超声波信号到达，

若有超声波信号到达，则进入步骤S4；

若没有超声波信号到达，则等待t时间后返回步骤S3，t为正数；

步骤S4，计算步骤，计算小车前方的障碍物距离；

步骤S5，输出步骤，将障碍物距离输出至小车测距控制系统中的一核心控制器；

步骤S6，判断距离是否小于一米，即核心控制器判断障碍物距离是否小于一米，

若小于一米，则进入步骤S7；

若不小于一米，则返回步骤S3；

步骤S7，停车及语音提示步骤，停车，并通过语音提示前方障碍物距离；

步骤S8，判断是否存在无障碍物的方向，即从左至右判断是否能找到无障碍物的方向；

若不存在，则进入步骤S10；

若存在，则进入步骤S9，

步骤S9，拐弯步骤，将小车拐弯至障碍物距离超过一米的方向，然后返回步骤S3；

步骤S10，结束步骤，提示用户无法找到可行驶的道路，结束。

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