CN103263776B - 一种赛车模型控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种赛车模型控制系统及控制方法，包括电机、舵机、电源、激光发射管、激光接收管和微控制器，赛车模型处于两边缘为黑色的白色赛道上，在行驶过程中，微控制器控制不同位置的激光发射管发射激光信号并根据与发射激光的激光发射管相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号来控制舵机偏转和电机输出。本发明通过反馈回来的激光漫反射信号判断前方赛道的状况以便进行速度调整和转向调整，探测的距离延长，预留给微控制器调整的时间也相应的增长，大大降低了转向时舵机的负载，提高了赛车模型行驶的安全性，有效的防止赛车模型冲出赛道，同时也提高了控制的灵敏度和及时性，保证了赛车模型的行驶速度和安全稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及到竞赛或玩具类赛车模型领域，具体的说是一种赛车模型控制系统及控制方法。
背景技术
智能赛车模型一般都采用智能循迹，具体是指小车在白色地板上循黑线行走，或者是边框是黑线，即在黑线边框的白色地板上行走。由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”。通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色物体表面具有不同反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。小车根据接收管的接收情况控制舵机进行偏转，舵机再通过连接件控制转向轮转向。
由于红外线的前瞻性较差，造成探测的距离偏短，留给微控制器的调整时间也相应的较短，因此使得调整时的偏转角较大，舵机及其连接的部件所承受的负载也相应的增大，不仅会造成磨损严重，而且导致赛车模型的速度不能提高，行驶的安全性和稳定性也降低。
发明内容
为解决现有赛车模型采用红外线循迹导致的前瞻性差、探测距离短等问题，本发明提供了一种赛车模型控制系统及控制方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种赛车模型控制系统，包括用于驱动赛车模型行驶的电机、用于控制赛车模型转向的舵机和用于给赛车模型提供电力的电源，还包括用于分别向赛车模型前方和两侧发射激光的激光发射管，用于接收激光的激光接收管，用于信息接收、处理并输出控制信号的微控制器，所述赛车模型处于两边缘为黑色的白色赛道上，在赛车模型的行驶过程中，所述微控制器接收激光接收管的反馈信号，并根据反馈信号调整电机的输出功率和舵机的偏转角度。
如上所述的赛车模型控制系统，其控制方法为，所述微控制器根据激光接收管反馈的信号来调整电机的输出功率和舵机的偏转角度，微控制器依次控制不同位置的激光发射管发射激光信号并根据与发射激光的激光发射管相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号来控制舵机偏转和电机输出，具体操作为：
不同位置的激光发射管在赛车模型行驶过程中循环的依次向赛车模型前方和赛道两侧外前方发射激光束，以所有激光发射管均发射一次激光信号为一个循环周期，微控制器判断一个循环周期内，当某一个激光发射管发射激光时与其相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号，并将该循环周期内所有激光接收管接收激光漫反射信号的状况作为一种行驶状态，并根据该行驶状态执行相应指令：
若前方的激光接收管有至少一个未接收到漫反射信号，则前方赛道转弯，执行指令A直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号；
若前方的激光接收管均接收到漫反射信号且两侧所有激光接收管均接收到漫反射信号，则前方赛道为直道且赛车模型处于赛道的中间位置，执行指令B；
若前方的激光接收管均接收到漫反射信号且两侧激光接收管有至少一个未接收到漫反射信号，则前方赛道为直道且赛车模型处于赛道的非中间位置，执行指令C；
若前方的激光接收管均未接收到漫反射信号，则执行指令D；
指令A：微控制器控制电机的输出功率降低并控制舵机偏转；
指令B：微控制器提高电机的输出功率以达到加速效果；
指令C：微控制器控制舵机偏转直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号，然后微控制器提高电机的输出功率以达到加速效果；
指令D：微控制器关闭电机输出并调整舵机偏转直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号。
本发明中，在赛车模型启动后进行自检，所述自检包括：
依次向各激光发射管供电，以判断各激光管是否点亮，并检测相应的激光接收管是否正常以及与微控制器的连接是否正常；
向电机和舵机供电，然后检测微控制器与电机和舵机的连接是否正常。
所述自检完成3s后微控制器控制电机输出使赛车模型启动。
所述的激光发射管和激光接收管均设置在固定架上，赛车模型两侧的激光发射管数目分别为6个，且呈直线均匀排布在固定架下部，赛车模型两侧的激光接收管数目分别为3个，且呈直线均匀排布在固定架上部，所述每个激光接收管对应设置在两个激光发射管的中间位置，所述激光发射管所成的直线与赛车模型行驶的方向所成的夹角为105°。
所述的激光发射管和激光接收管均设置在固定架上，赛车模型前方的激光发射管数目为12个，且呈直线均匀排布在固定架下部，赛车模型两侧的激光接收管数目分别为4个，且呈直线均匀排布在固定架上部，所述每个激光接收管对应设置在三个激光发射管的中间位置。
本发明中，由于激光的射程远，因此可以探测到远方的赛道情况，为微控制器预留出充分的调整时间，实现步进调整，也就是每次调整一点点，这样不仅使赛车模型行驶平稳，而且也降低了转向部件（如舵机和与舵机相连接的部件）的负载，防止其损坏；同时，由于激光的汇聚性很好，因此可以一个激光接收管即可以接收到附近的几个激光发射管的漫反射信号，从而减少了信号接收部件的数量，降低了赛车模型的重量，并使其重心相应的降低，提高了赛车模型的速度和行驶稳定性。
本发明中，通过在赛车模型两侧设置两排激光发射管和激光接收管，并使其向赛道两侧前方的外侧发射激光，这样可根据不同位置的激光接收管接收到漫反射信号来判断前方赛道的转弯方向和转弯幅度，以便于微控制器精确调整。
有益效果：相比较于现有的红外光循迹控制方法，本发明具有以下优点：
1）前瞻性好，通过反馈回来的激光漫反射信号判断前方赛道的状况以便进行速度调整和转向调整，由于前瞻性增强，探测的距离延长，预留给微控制器调整的时间也相应的增长，大大降低了转向时舵机的负载，提高了赛车模型行驶的安全性，有效的防止赛车模型冲出赛道；
2）本发明通过在赛车模型的两侧和前方分别设置一排的激光发射管和激光接收管，在所有激光发射管发射一次的循环内，通过与发射激光的激光发射管相对应的激光接收管接收漫反射信号的状况来判断前方赛道是否转弯，及时精确的监控赛道的转弯情况，以便进行速度和方向的调整，在保证赛车模型运行安全性的前提下，大大提高赛车模型的速度；
3）本发明通过激光接收管接收的激光漫反射信号来执行相关指令，不仅提高了控制的灵敏度和及时性，而且也保证了赛车模型的行驶速度和安全稳定性。
附图说明
图1为本发明的硬件连接示意图；
图2为本发明的流程图；
附图标记：1、激光接收管，2、微控制器，3、激光发射管，4、电机，5、舵机。
具体实施方式
如图所示，一种赛车模型控制系统，包括用于驱动赛车模型行驶的电机4、用于控制赛车模型转向的舵机5和用于给赛车模型提供电力的电源，还包括用于分别向赛车模型前方和两侧发射激光的激光发射管3，用于接收激光的激光接收管1，用于信息接收、处理并输出控制信号的微控制器2，所述赛车模型处于两边缘为黑色的白色赛道上，在赛车模型的行驶过程中，所述微控制器2接收激光接收管1的反馈信号，并根据反馈信号调整电机4的输出功率和舵机5的偏转角度。
该赛车模型控制系统，其控制方法为，所述微控制器根据激光接收管反馈的信号来调整电机的输出功率和舵机的偏转角度，微控制器依次控制不同位置的激光发射管发射激光信号并根据与发射激光的激光发射管相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号来控制舵机偏转和电机输出，具体操作为：
不同位置的激光发射管在赛车模型行驶过程中循环的依次向赛车模型前方和赛道两侧外前方发射激光束，以所有激光发射管均发射一次激光信号为一个循环周期，微控制器判断一个循环周期内，当某一个激光发射管发射激光时与其相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号，并将该循环周期内所有激光接收管接收激光漫反射信号的状况作为一种行驶状态，并根据该行驶状态执行相应指令：
若前方的激光接收管有至少一个未接收到漫反射信号，则前方赛道转弯，执行指令A直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号；
若前方的激光接收管均接收到漫反射信号且两侧所有激光接收管均接收到漫反射信号，则前方赛道为直道且赛车模型处于赛道的中间位置，执行指令B；
若前方的激光接收管均接收到漫反射信号且两侧激光接收管有至少一个未接收到漫反射信号，则前方赛道为直道且赛车模型处于赛道的非中间位置，执行指令C；
若前方的激光接收管均未接收到漫反射信号，则执行指令D；
指令A：微控制器控制电机的输出功率降低并控制舵机偏转；
指令B：微控制器提高电机的输出功率以达到加速效果；
指令C：微控制器控制舵机偏转直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号，然后微控制器提高电机的输出功率以达到加速效果；
指令D：微控制器关闭电机输出并调整舵机偏转直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号。
为了确保赛车模型的正常工作，可在在赛车模型启动后进行自检，所述自检包括：
依次向各激光发射管供电，以判断各激光管是否点亮，并检测相应的激光接收管是否正常以及与微控制器的连接是否正常；
向电机和舵机供电，然后检测微控制器与电机和舵机的连接是否正常。
所述自检完成3s后微控制器控制电机输出使赛车模型启动。
所述的激光发射管3和激光接收管1均设置在固定架上，赛车模型两侧的激光发射管数目分别为6个，且呈直线均匀排布在固定架下部，赛车模型两侧的激光接收管数目分别为3个，且呈直线均匀排布在固定架上部，所述每个激光接收管对应设置在两个激光发射管的中间位置，所述激光发射管所成的直线与赛车模型行驶的方向所成的夹角为105°。
赛车模型前方的激光发射管数目为12个，且呈直线均匀排布在固定架下部，赛车模型两侧的激光接收管数目分别为4个，且呈直线均匀排布在固定架上部，所述每个激光接收管对应设置在三个激光发射管的中间位置。
本发明中，以所有激光发射管按照顺序发射激光信号的一次循环为单位，当某一个激光发射管发射信号时，微控制器判断与其对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号，待循环一周后，将该循环过程中各激光接收管接收漫反射信号的情况设定为一种行驶状态，并为其赋予相应的电机输出功率值和舵机偏转角度值，并将其存储在微控制器内；
在赛车模型行驶过程中，不同位置的激光发射管按照顺序循环向赛车模型两外侧前方和赛车模型正前方发射激光信号，同时，微控制器判断所有激光发射管轮流发射激光信号一个循环后，各对应激光接收管是否接收到漫反射信号的状态，并将该状态与已存储在微控制器内的行驶状态相比对，然后微控制器控制电机输出相应的功率的同时控制舵机偏转相应的角度，实现了快速调整。
Claims (4)
1.一种赛车模型控制系统的控制方法，该控制系统包括用于驱动赛车模型行驶的电机（4）、用于控制赛车模型转向的舵机（5）、用于给赛车模型提供电力的电源，还包括用于分别向赛车模型前方和两侧发射激光的激光发射管（3），用于接收激光的激光接收管（1），用于信息接收、处理并输出控制信号的微控制器（2），所述赛车模型处于两边缘为黑色的白色赛道上，在赛车模型的行驶过程中，所述微控制器（2）接收激光接收管（1）的反馈信号，并根据反馈信号调整电机（4）的输出功率和舵机（5）的偏转角度；该控制系统的控制方法为，所述微控制器根据激光接收管反馈的信号来调整电机的输出功率和舵机的偏转角度，其特征在于：微控制器依次控制不同位置的激光发射管发射激光信号并根据与发射激光的激光发射管相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号来控制舵机偏转和电机输出，具体操作为：
不同位置的激光发射管在赛车模型行驶过程中循环的依次向赛车模型前方和赛道两侧外前方发射激光束，以所有激光发射管均发射一次激光信号为一个循环周期，微控制器判断一个循环周期内，当某一个激光发射管发射激光时与其相对应的激光接收管是否接收到激光漫反射信号，并将该循环周期内所有激光接收管接收激光漫反射信号的状况作为一种行驶状态，并根据该行驶状态执行相应指令：
若前方的激光接收管有至少一个未接收到漫反射信号，则前方赛道转弯，执行指令A直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号；
若前方的激光接收管均接收到漫反射信号且两侧所有激光接收管均接收到漫反射信号，则前方赛道为直道且赛车模型处于赛道的中间位置，执行指令B；
若前方的激光接收管均接收到漫反射信号且两侧激光接收管有至少一个未接收到漫反射信号，则前方赛道为直道且赛车模型处于赛道的非中间位置，执行指令C；
若前方的激光接收管均未接收到漫反射信号，则执行指令D；
指令A：微控制器控制电机的输出功率降低并控制舵机偏转；
指令B：微控制器提高电机的输出功率以达到加速效果；
指令C：微控制器控制舵机偏转直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号，然后微控制器提高电机的输出功率以达到加速效果；
指令D：微控制器关闭电机输出并调整舵机偏转直至下一循环周期内，所有激光接收管均接收到漫反射信号。
2.根据权利要求1所述的赛车模型控制系统的控制方法，其特征在于：在赛车模型启动后进行自检，所述自检包括：
依次向各激光发射管供电，以判断各激光管是否点亮，并检测相应的激光接收管是否正常以及与微控制器的连接是否正常；
向电机和舵机供电，然后检测微控制器与电机和舵机的连接是否正常。
3.根据权利要求2所述的赛车模型控制系统的控制方法，其特征在于：所述自检完成3s后微控制器控制电机输出使赛车模型启动。
4.根据权利要求1所述的赛车模型控制系统的控制方法，其特征在于：所述的激光发射管（3）和激光接收管（1）均设置在固定架上，赛车模型两侧的激光发射管数目分别为6个，且呈直线均匀排布在固定架下部，赛车模型两侧的激光接收管数目分别为3个，且呈直线均匀排布在固定架上部，每个激光接收管对应设置在两个激光发射管的中间位置，所述激光发射管所排成的直线与赛车模型行驶的方向所成的夹角为105°。
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