CN105843214A - 基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法及其控制系统，实施例通过控制器检测平衡车的运动方向以及霍尔信号值的变化次数，如果所述霍尔信号值连续变化的次数达到安全检测预设值，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零，并且当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，进一步检测所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。通过这样的方式检测使用者在上下平衡车时出现的危险状态，当自动识别出危险状态时及时给出相应的提示及保护措施，大大降低了发生伤害人身情况的概率，保障了平衡车使用者的安全。
Description
技术领域
本发明涉及监控技术，特别是涉及基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法及其控制系统。
背景技术
电动双轮平衡车是一种轮胎左右并行布置，采用倒立摆原理来实现自平衡的电动车。平衡车的运作原理主要是参照飞机平衡的原理，也就是车辆本身采用电子平衡系统，控制其自动平衡能力，它通过车体内置的陀螺仪和加速度传感器来检测人体与车体重心的变换，透过精密且高速运转的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果，从而控制车子的方向和速度，并且可实现零半径转向。
目前，针对于平衡车，使用者在上下车时习惯性动作为一只脚先着地然后另一只脚再着地，当一只脚在平衡车踏板上而另一只脚在地上时，即是人的两只脚处于不同状态时，容易导致踩上踏板一侧的电机因需要保持平衡而转动起来，此时如果无任何检测及保护措施且电机转动过快会让使用者失去平衡导致摔倒或者扭到脚，严重危害到使用者的人身安全。
发明内容
本发明目的在于提供基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法及其控制系统，旨在解决使用者在上下平衡车时失去平衡导致摔倒或者扭到脚的问题。
本发明提供了一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法，包括：
当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向；
每隔安全检测预设时间检测所述平衡车沿所述运动方向运动时的霍尔信号值的变化次数；
判断所述霍尔信号值的变化次数达到安全检测预设值时，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零；
每隔危险状态预设时间判断所述安全检测计数，当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，否则危险状态计数递减直至为0；
每隔危险判定预设时间判断所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。
本发明还提供了一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统，包括：
运动方向检测模块，用于当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向；
霍尔信号值检测模块，用于每隔安全检测预设时间检测所述平衡车沿所述运动方向运动时的霍尔信号值的变化次数；
安全检测计数模块，用于判断所述霍尔信号值的变化次数达到安全检测预设值时，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零；
危险状态计数模块，用于每隔危险状态预设时间判断所述安全检测计数，当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，否则危险状态计数递减直至为0；
保护模块，用于每隔危险判定预设时间判断所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。
综上所述，本发明实施例通过控制器检测平衡车的运动方向以及霍尔信号值的变化次数，如果所述霍尔信号值连续变化的次数达到安全检测预设值，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零，并且当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，进一步检测所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。通过这样的方式检测使用者在上下平衡车时出现的危险状态，当自动识别出危险状态时及时给出相应的提示及保护措施，大大降低了发生伤害人身情况的概率，保障了平衡车使用者的安全，因此解决了解决使用者在上下平衡车时失去平衡导致摔倒或者扭到脚的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法的步骤流程示意图。
图2为本发明另一实施例一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统的模块结构示意图。
图3为本发明一实施例一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法的具体工作原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示为本发明一实施例提供的一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法的步骤流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明提供了一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法，包括：
步骤S101，当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向；
步骤S102，每隔安全检测预设时间检测所述平衡车沿所述运动方向运动时的霍尔信号值的变化次数；
步骤S103，判断所述霍尔信号值的变化次数达到安全检测预设值时，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零；
步骤S104，每隔危险状态预设时间判断所述安全检测计数，当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，否则危险状态计数递减直至为0；
步骤S105，每隔危险判定预设时间判断所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。
作为本发明一实施例，在步骤S101中，当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向，所述运动方向包括前进方向和后退方向，设定的前进方向和后退方向的安全检测计数可以自定义，但为了方便起见，将前进方向和后退方向的安全检测计数都设置为0，有利于后续的危险状态计数的累加判定，以及可以更好的对安全检测预设值、危险状态预设值和危险判定预设值的范围做出定义。
作为本发明一实施例，所述安全检测预设时间为62.5us～71.4us，所述危险状态预设时间为16ms～50ms，所述危险判定预设时间为300ms～800ms，所述安全检测预设值为6～18，所述危险状态预设值为8～50，所述危险判定预设值为10～30，其各个参数范围的设定依据为：
所述安全检测预设时间为电机控制频率为16Khz～14KHZ(即62.5us～71.4us)，因为小于16Khz时程序带宽不够，而大于14Khz时电机控制会有电子噪音，因此将安全检测预设时间的范围设定为62.5us～71.4us；
所述安全检测预设值不能小于电机控制一个电周期霍尔换相次数，常规无刷直流电机一个电周期霍尔换相次数为6，判断是否在一个方向前进或者后退连续判断1～3个电周期即可，因此将安全检测预设值的范围设定为6～18；
所述危险状态预设时间不能大于常规平衡车所用电机(8～23对极、5～14寸电机)在4km/h左右情况下旋转一个电周期所用的时间,参数过大会导致检测延时过长，保护过慢，因此将危险状态预设时间的范围设定为16ms～50ms；
所述危险状态预设值为估算速度，计算方法为在危险状态预设时间内通过已知的电机极对数、尺寸和霍尔换相次数计算在此时间内的速度，设定为5～6km/h在危险状态预设时间内霍尔换相次数，大于或等于此设定值认为可能会发生危险，所以将危险状态预设值的范围设定为8～50；
所述危险判定预设时间设定为人可以感知速度变化的时间，一般500ms左右就可以感受到速度变化，因此将危险判定预设时间的范围设定为300ms～800ms；
所述危险判定预设值为确定平衡车在危险状态且不能误判断，主要起软件滤波作用，根据保护的响应快慢设定，因此将危险判定预设值的范围设定为10～30。
作为本发明一实施例，在步骤S105中，所述关闭平衡车的步骤具体包括蜂鸣器报警，报警指示灯闪烁，控制电机驱动减弱或停止驱动。
如图2所示为本发明另一实施例一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明还提供了一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统，包括：
运动方向检测模块11，用于当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向；
霍尔信号值检测模块12，用于每隔安全检测预设时间检测所述平衡车沿所述运动方向运动时的霍尔信号值的变化次数；
安全检测计数模块13，用于判断所述霍尔信号值的变化次数达到安全检测预设值时，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零；
危险状态计数模块14，用于每隔危险状态预设时间判断所述安全检测计数，当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，否则危险状态计数递减直至为0；
保护模块15，用于每隔危险判定预设时间判断所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。
作为本发明另一实施例，在运动方向检测模块11中，当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向，所述运动方向包括前进方向和后退方向，设定的前进方向和后退方向的安全检测计数可以自定义，但为了方便起见，将前进方向和后退方向的安全检测计数都设置为0，有利于后续的危险状态计数的累加判定，以及可以更好的对安全检测预设值、危险状态预设值和危险判定预设值的范围做出定义。
作为本发明另一实施例，所述安全检测预设时间为62.5us～71.4us，所述危险状态预设时间为16ms～50ms，所述危险判定预设时间为300ms～800ms，所述安全检测预设值为6～18，所述危险状态预设值为8～50，所述危险判定预设值为10～30，其各个参数范围的设定依据为：
所述安全检测预设时间为电机控制频率为16Khz～14KHZ(即62.5us～71.4us)，因为小于16Khz时程序带宽不够，而大于14Khz时电机控制会有电子噪音，因此将安全检测预设时间的范围设定为62.5us～71.4us；
所述安全检测预设值不能小于电机控制一个电周期霍尔换相次数，常规无刷直流电机一个电周期霍尔换相次数为6，判断是否在一个方向前进或者后退连续判断1～3个电周期即可，因此将安全检测预设值的范围设定为6～18；
所述危险状态预设时间不能大于常规平衡车所用电机(8～23对极、5～14寸电机)在4km/h左右情况下旋转一个电周期所用的时间,参数过大会导致检测延时过长，保护过慢，因此将危险状态预设时间的范围设定为16ms～50ms；
所述危险状态预设值为估算速度，计算方法为在危险状态预设时间内通过已知的电机极对数、尺寸和霍尔换相次数计算在此时间内的速度，设定为5～6km/h在危险状态预设时间内霍尔换相次数，大于或等于此设定值认为可能会发生危险，所以将危险状态预设值的范围设定为8～50；
所述危险判定预设时间设定为人可以感知速度变化的时间，一般500ms左右就可以感受到速度变化，因此将危险判定预设时间的范围设定为300ms～800ms；
所述危险判定预设值为确定平衡车在危险状态且不能误判断，主要起软件滤波作用，根据保护的响应快慢设定，因此将危险判定预设值的范围设定为10～30。
作为本发明另一实施例，在保护模块15中，所述关闭平衡车的步骤具体包括蜂鸣器报警，报警指示灯闪烁，控制电机驱动减弱或停止驱动。
如图3所示为本发明一实施例一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法的具体工作原理示意图，其工作原理为：
首先，当平衡车两边踏板都未被踩踏或都被踩踏时，车内控制器设定所有安全检测计数的参数为0。当平衡车任何一边的踏板已被踏上且另外一边未被踏上时，控制器每62.5us扫描一次并采集电机霍尔传感器的信号值，如果电机霍尔信号值发生变化，当霍尔值向前进连续变化(即过程中未出现后退霍尔变化)次数大于12时，程序中设定的前进方向安全检测计数随着霍尔信号值变化依次累加，同时后退方向计数清除；当霍尔值向后退连续变化(即过程中未出现前进霍尔变化)次数大于12时，程序中设定的后退方向安全检测计数随着霍尔信号值变化依次累加，同时前进方向计数清除。然后每16ms检测判断前进方向安全检测计数或后退方向安全检测计数中任意一个计数是否大于8，如果条件成立则平衡车危险状态计数加1，如果不成立则危险计数状态如果大于0则减去1，小于或等于0则等于0。同时每500ms检测平衡车危险状态计数，如果平衡车危险状态计数大于15，则判定平衡车处于危险状态系统将作出保护措施，否则继续检测。
综上所述，本发明实施例通过控制器检测平衡车的运动方向以及霍尔信号值的变化次数，如果所述霍尔信号值连续变化的次数达到安全检测预设值，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零，并且当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，进一步检测所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。通过这样的方式检测使用者在上下平衡车时出现的危险状态，当自动识别出危险状态时及时给出相应的提示及保护措施，大大降低了发生伤害人身情况的概率，保障了平衡车使用者的安全，因此解决了解决使用者在上下平衡车时失去平衡导致摔倒或者扭到脚的问题。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的步骤或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向；
每隔安全检测预设时间检测所述平衡车沿所述运动方向运动时的霍尔信号值的变化次数；
判断所述霍尔信号值的变化次数达到安全检测预设值时，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零；
每隔危险状态预设时间判断所述安全检测计数，当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，否则危险状态计数递减直至为0；
每隔危险判定预设时间判断所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。
2.如权利要求1所述的基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法，其特征在于：所述运动方向包括前进方向和后退方向。
3.如权利要求2所述的基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法，其特征在于，所述关闭平衡车的步骤具体包括蜂鸣器报警，报警指示灯闪烁，控制电机驱动减弱或停止驱动。
4.如权利要求3所述的基于单轴双轮平衡车安全检测的控制方法，其特征在于：所述安全检测预设时间为62.5us～71.4us，所述危险状态预设时间为16ms～50ms，所述危险判定预设时间为300ms～800ms，所述安全检测预设值为6～18，所述危险状态预设值为8～50，所述危险判定预设值为10～30。
5.一种基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
运动方向检测模块，用于当平衡车的一边踏板被踩踏且另外一边踏板未被踩踏时，检测所述平衡车的运动方向；
霍尔信号值检测模块，用于每隔安全检测预设时间检测所述平衡车沿所述运动方向运动时的霍尔信号值的变化次数；
安全检测计数模块，用于判断所述霍尔信号值的变化次数达到安全检测预设值时，则所述运动方向上的安全检测计数从0开始依次累加，并使相反运动方向上的安全检测计数清零；
危险状态计数模块，用于每隔危险状态预设时间判断所述安全检测计数，当有所述安全检测计数达到危险状态预设值时，则危险状态计数递加，否则危险状态计数递减直至为0；
保护模块，用于每隔危险判定预设时间判断所述危险状态计数，如果危险状态计数达到危险判定预设值，则判定平衡车处于危险状态，立即关闭平衡车，防止使用者摔倒或者扭到脚。
6.如权利要求5所述的基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统，其特征在于：所述运动方向包括前进方向和后退方向。
7.如权利要求6所述的基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统，其特征在于，所述关闭平衡车的步骤具体包括蜂鸣器报警，报警指示灯闪烁，控制电机驱动减弱或停止驱动。
8.如权利要求7所述的基于单轴双轮平衡车安全检测的控制系统，其特征在于：所述安全检测预设时间为62.5us～71.4us，所述危险状态预设时间为16ms～50ms，所述危险判定预设时间为300ms～800ms，所述安全检测预设值为6～18，所述危险状态预设值为8～50，所述危险判定预设值为10～30。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 3 Gongye West Road, Songshan Lake Park, Dongguan City, Guangdong Province, 523000 Patentee after: Guangdong Gaobiao Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: No.3, Gongye West Road, Songshanhu high tech Industrial Development Zone, Dongguan City, Guangdong Province Patentee before: SHENZHEN GOBAO ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |