CN107539398A - 一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器，包括电路板，电路板与外接的直流锂电池相连接，电路板上集成了多个芯片电路，多个芯片电路包括微处理芯片电路，均与微处理芯片电路相连的电源芯片电路、电机的驱动芯片电路、电流采样传感器芯片电路及陀螺仪传感器芯片电路，电源芯片电路包括双DC‑DC电源芯片电路，双DC‑DC电源芯片电路的第一芯片将直流锂电池的直流高电压降低为中等电压，双DC‑DC电源芯片电路的第二芯片将中等电压降低为低等电压，低等电压给芯片电路供电，中等电压给电路板上需要中等电压的用电元件供电。实施本发明的智能控制器整个电路板基本采用芯片连接，效率高，功耗小，响应速度快。

Description

一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器

技术领域

本发明涉及一种电动独轮滑板车领域，特别涉及一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器。

背景技术

电动独轮滑板车是新一代的节能、环保、便携的代步工具。短途代步非常方便，可以代替公交和地铁。电动独轮滑板车体型小巧、携带方便，可以直接放进汽车的后备箱，提到家里或者是办公室。

电动独轮滑板车包括车体、轮毂、轮毂电机、陀螺仪、控制器以及电池，主要依靠电能提供动力，充分利用陀螺仪原理进行设计，利用陀螺仪来控制前进、后退速度以及拐弯方向，电动独轮滑板车的踏板位于轮毂两端，人们骑行时需要横跨在轮毂的两轴端，就像我们平时“立正”的资势一样，通过重心的前后左右的变化在陀螺仪的控制下实现独轮车的前进加速、减速、向左、向右转弯。

目前电动独轮滑板车的智能控制器电源供电采用分离元件，元器件多，稳定性不高，精度制作工艺复杂，功耗也大，效率不高，速度响应不快，故效率高、功耗小、响应速度快的电动独轮滑板车一直是人们追求的目标。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明一种效率高、功耗小、响应速度快的电动平衡独轮滑板车的智能控制器。

本发明公开了一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器，包括电路板，所述的电路板与外接的直流锂电池相连接，所述的电路板上集成了多个芯片电路，所述的多个芯片电路包括微处理芯片电路，均与所述的微处理芯片电路相连的电源芯片电路、电机的驱动芯片电路、电流采样传感器芯片电路及陀螺仪传感器芯片电路，所述的电源芯片电路包括双DC-DC电源芯片电路，所述的双DC-DC电源芯片电路的第一芯片将所述的直流锂电池的直流高电压降低为中等电压，所述的双DC-DC电源芯片电路的第二芯片将所述的中等电压降低为低等电压，所述的低等电压给所述的芯片电路供电，所述的中等电压给电路板上需要中等电压的用电元件供电。

进一步地，所述的直流高电压取值范围为：36V～60V；中等电压取值范围为：5V～12V；低等电压取值范围为：3V～3.3V。

进一步地，所述的需要中等电压的用电元件包括：LED灯元件、喇叭的驱动电路部件。

进一步地，所述的电机的驱动芯片电路包括3个独立的用于驱动MOS管的驱动芯片，所述的MOS管连接驱动电机的三相电路。

进一步地，所述的电流采样传感器芯片电路及陀螺仪传感器芯片电路连接所述的电机的驱动芯片电路，所述的电流采样传感器芯片电路为2路电流采样传感器芯片电路，所述的陀螺仪传感器芯片电路为高精度三轴加速陀螺仪传感器芯片电路。

进一步地，所述的电路板还具有用于功能扩展的接口模块电路，所述的接口模块电路与所述的微处理芯片电路相连接。

进一步地，所述的微处理芯片电路还集成了电动平衡独轮滑板车的行驶的装置。

实施本发明的一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器，具有以下有益的技术效果：

区别于现有技术采用多个分离元件实现控制功能，本智能控制器的整个电路板基本采用芯片连接，效率高、功耗小、响应速度快，双DC-DC电源芯片电路供电，供电更稳定、更易于控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例电动平衡独轮滑板车的智能控制器功能模块图；

图2a为本发明的实施例电动平衡独轮滑板车的智能控制器主视图；

图2b为本发明的实施例电动平衡独轮滑板车的智能控制器后视图；

图3为本发明的实施例电动独轮滑板车的行驶的方法流程图；

图4是本发明的实施例电动独轮滑板车的行驶的装置方框图；

图5是本发明的实施例电动独轮滑板车的行驶的系统模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2a、图2b,一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器2，包括电路板3，电路板3与外接的直流锂电池相连接，电路板3上集成了多个芯片电路，多个芯片电路包括微处理芯片电路4，均与微处理芯片电路4相连的电源芯片电路5、电机的驱动芯片电路6、电流采样传感器芯片电路7及陀螺仪传感器芯片电路8，电源芯片电路5包括双DC-DC电源芯片电路，双DC-DC电源芯片电路的第一芯片51将所述的直流锂电池的直流高电压降低为中等电压，双DC-DC电源芯片电路的第二芯片52将所述的中等电压降低为低等电压，所述的低等电压给所述的芯片电路供电，所述的中等电压给电路板上需要中等电压的用电元件供电。

所述的直流高电压取值范围为：36V～60V；中等电压取值范围为：5V～12V；低等电压取值范围为：3V～3.3V。

需要中等电压的用电元件包括：LED灯元件、喇叭的驱动电路部件等。

电机的驱动芯片电路6包括3个独立的驱动芯片驱动MOS管，所述的MOS管连接驱动电机的三相电路。

电流采样传感器芯片电路7及陀螺仪传感器芯片电路8连接电机的驱动芯片电路6，电流采样传感器芯片电路7为2路电流采样传感器芯片电路，陀螺仪传感器芯片电路8为高精度三轴加速陀螺仪传感器芯片电路。

电路板3还具有用于功能扩展的接口模块电路9，接口模块电路9与微处理芯片电路4相连接。

总之，本发明的特点为：

采用双DC-DC电源芯片，高低压分别供电，大大提高电源系统的稳定性；整板贴片铝电解电容，便于生产；使用3个驱动芯片驱动MOS管，效率高，响应速度快；2路电流采样传感器，高精度三轴加速陀螺仪传感器，128K大容量存储进口MCU，可实现各种功能扩展；拓展蓝牙模块、遥控模块、蓝牙音乐播放、GPS、GPRS、LED灯、DC5V～60V输出、蜂鸣器等功能，具有结构简单，功能丰富，性能稳定，智能控制，远程升级，安全可靠等特点。

特别地，微处理芯片电路4还可以集成电动平衡独轮滑板车的行驶的装置1，

具体说明如下：

本发明公开了一种电动独轮滑板车的行驶的方法，如图3所示，本发明的方法的第一实施例，包括：

S1.加电自动平衡电动独轮滑板车的车体；

开启电源，控制器自检电动平衡独轮滑板车的状态，当骑乘者从静止初始状态将车体调整至水平状态时，电动平衡独轮滑板车自动平衡。

S2.抓取所述的车体倾斜的角度信息及陀螺仪传感器信息；

陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。将陀螺安装在车体的框架上，使陀螺的自转轴有角转动的自由度，陀螺仪的基本部件有：(1)陀螺转子(常采用同步电机、磁滞电机、三相交流电机等拖动方法来使陀螺转子绕自转轴高速旋转，并见其转速近似为常值)；(2)内、外框架(或称内、外环，它是使陀螺自转轴获得所需角转动自由度的结构)；(3)附件(是指力矩马达、信号传感器等)。

S3.若向一边下压的角度信息超过第一临界值，车体前进；

S4.若前进的车体向另一边下压的角度信息超过第二临界值，所述的车体先行减速，再反向行驶。

向一边方向下压较小幅度时车辆前进，向反方向下压较小幅度时，先行减速，再反向行驶；第一临界值及第二临界值取值范围为：2度至15度中的任一数值。

实施例一的有益效果在于：有效地、方便地实现前进、后退等动作，操作简单，能稳定、可靠、有效实现电动独轮滑板车的骑乘。

在本发明的方法的第二实施例中，大部分的步骤与第一实施例相同，不同之处在于：在所述的步骤S3及S4之间或之后还具有以下步骤：

S5.抓取车体的速度信息或操控方式信息；

S6.判断是否超出预设的运行模式值，若是，进入步骤S7,若否，返回步骤S5；

S7.限制车体的输出，启动制止抖动模式、制止断电模式及制止失控模式。

该控制系统有多重运行模式，当驾乘者的骑行速度或操控方式，超出设定的运行模式值时，控制器内的电流传感器配合陀螺仪传感器反馈信号至中央处理计算机MCU进行算法处理，系统自动限制输出，表现形式为电动平衡独轮滑板车的脚踏板会向运行方向的一边上翘。此状态下电动平衡独轮滑板车不能抖动、断电或失控。

实施例二的有益效果在于：保证车体的运行速度和运行模式，提高使用的安全性。

在本发明的方法的第三实施例中，大部分的步骤与第一实施例相同，不同之处在于：在所述的步骤S3及S4之间或之后还具有以下步骤：

A1.抓取骑行者的体重信息；

A2.判断体重是否为零，若是，进入步骤A3,若否，返回步骤A1；

A3.限制车体的输出，启动制止抖动模式、制止断电模式及制止失控模式。

在电动平衡独轮滑板车处于运行或平衡状态时，当驾乘者双脚同时离开电动平衡独轮滑板车的脚踏板，控制器内的电流传感器配合陀螺仪传感器反馈信号至中央处理计算机MCU进行算法处理，2秒内停止输出，此状态下电动平衡独轮滑板车不能断电或失控；此专利所述内容大幅提高了电动平衡独轮滑板车的使用安全性。

实施例三的有益效果在于：保证驾乘者双脚同时离开电动平衡独轮滑板车时，提高使用的安全性。

在本发明的方法的第四实施例中，大部分的步骤与第一实施例相同，不同之处在于：所述的所述的步骤S3及S4之间或之后还具有以下步骤：

B1.判断角度信息是否超过第三临界值，若是，进入步骤B2,若否，返回上一步骤；

B2.停止车体的输出，启动制止抖动模式、制止断电模式及制止失控模式。

此实施例中，第三临界值可为：30度至90度任一数值。

在电动平衡独轮滑板车处于运行或平衡状态时，当下压的角度大于一定角度时，控制器停止输出，车辆停止行驶；此时，当下压的力或角度大于一定角度时，控制器内的陀螺仪传感器反馈信号至中央处理计算机MCU进行算法处理，车辆停止运行，此状态下电动平衡独轮滑板车不能断电或失控；

实施例四的有益效果在于：当下压的角度大于一定角度时，车辆停止运行，提高使用的安全性。

下面介绍实现上述多个实施例中的方法的装置，装置中没有详细阐述的部分，请参阅以上的方法的实施例中的说明。

请参阅图2、本发明的装置的第一实施例：一种电动平衡独轮滑板车的行驶的装置1，用于实现以述的第一实施例一中的方法，包括：

加电启动单元10，用于加电自动平衡电动独轮滑板车的车体；

角度信息抓取单元20，用于抓取所述的车体倾斜的角度信息及陀螺仪传感器信息；

车体前进单元30，用于若向一边下压的角度信息超过第一临界值，车体前进；

车体减速及反向行驶单元40，用于若前进的车体向另一边下压的角度信息超过第二临界值，所述的车体先行减速，再反向行驶。

装置的实施例一的有益效果在于：有效地、方便地实现前进、后退等动作，操作简单，能稳定、可靠、有效实现电动独轮滑板车的骑乘。

本发明的装置的第二实施例，与本发明装置的第一实施例大部分相同，不同之处在于：

车体前进单元30及车体减速及反向行驶单元40之间或之后还具有以下单元：

速度信息抓取单元50，用于抓取车体的速度信息或操控方式信息；

运行模式值判断单元60，用于判断是否超出预设的运行模式值，若是，进入第一输出限制单元70,若否，返回速度信息抓取单元50；

第一输出限制单元70，用于限制车体的输出，启动制止抖动模式、制止断电模式及制止失控模式。

装置的实施例二的有益效果在于：保证车体的运行速度和运行模式，提高使用的安全性。

本发明的装置的第三实施例，与本发明装置的第一实施例大部分相同，不同之处在于：车体前进单元30及车体减速及反向行驶单元40之间或之后还具有以下单元：

体重信息抓取单元31，用于抓取骑行者的体重信息；

体重判断单元32，用于判断体重是否为零，若是，进入第二输出限制单元33，若否，返回体重信息抓取单元31；

第二输出限制单元33，用于限制车体的输出，启动制止抖动模式，制止断电模式及制止失控模式。

装置的实施例三的有益效果在于：保证驾乘者双脚同时离开电动平衡独轮滑板车时，提高使用的安全性。

本发明的装置的第四实施例，与本发明装置的第一实施例大部分相同，不同之处在于：在车体前进单元30及车体减速及反向行驶单元40之间或之后还具有以下单元：

第三临界值判断单元35，用于判断角度信息是否超过第三临界值，若是，进入停止输出单元36，若否，返回上一单元，

上一单元指的是：如车体前进单元30或反向行驶单元40；

停止输出单元36，用于停止车体的输出，启动制止抖动模式、制止断电模式及制止失控模式。

请参阅图3、一种电动平衡独轮滑板车的行驶的系统100，包括电动平衡独轮滑板车的车体110，安装于车体110的至少一个角度传感器120、速度传感器130、体重传感器140、陀螺仪传感器150，与角度传感器120、速度传感器130、体重传感器140、陀螺仪传感器150均相连接的控制器200，控制器200包括上述的电动独轮滑板车的行驶的装置1。

本系统中的装置1可以是上述的装置的实施例一至四中的任一个装置。

控制器200将角度传感器120、速度传感器130、体重传感器140、陀螺仪传感器150采集到的数据信息无线传输到手机APP及微信端，并以界面的形式呈现，控制指令通过APP、微信界面的模拟功能按键，发送至通讯模块，再由通讯模块返回至所述的控制器，从而实现对车体的运行和各功能的操控，同时，所述的数据信息和控制指令的收、发可同步备份存储至云端，以便进行数据的统计分析和追踪记录。通讯模块可以是蓝牙模块或GPRS模块。

实施本发明的一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器，具有以下有益的技术效果：

区别于现有技术采用多个分离元件实现控制功能，本智能控制器的整个电路板基本采用芯片连接，效率高，功耗小，响应速度快，双DC-DC电源芯片电路供电，供电更稳定，更易于控制。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动平衡独轮滑板车的智能控制器，包括电路板，所述的电路板与外接的直流锂电池相连接，其特征在于，所述的电路板上集成了多个芯片电路，所述的多个芯片电路包括微处理芯片电路，均与所述的微处理芯片电路相连的电源芯片电路、电机的驱动芯片电路、电流采样传感器芯片电路及陀螺仪传感器芯片电路，所述的电源芯片电路包括双DC-DC电源芯片电路，所述的双DC-DC电源芯片电路的第一芯片将所述的直流锂电池的直流高电压降低为中等电压，所述的双DC-DC电源芯片电路的第二芯片将所述的中等电压降低为低等电压，所述的低等电压给所述的芯片电路供电，所述的中等电压给电路板上需要中等电压的用电元件供电。

2.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的直流高电压取值范围为：36V～60V；中等电压取值范围为：5V～12V；低等电压取值范围为：3V～3.3V。

3.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的需要中等电压的用电元件包括：LED灯元件、喇叭的驱动电路部件。

4.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的电机的驱动芯片电路包括3个独立的用来驱动MOS管的驱动芯片，所述的MOS管连接驱动电机的三相电路。

5.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的电流采样传感器芯片电路及陀螺仪传感器芯片电路连接所述的电机的驱动芯片电路，所述的电流采样传感器芯片电路为2路电流采样传感器芯片电路，所述的陀螺仪传感器芯片电路为高精度三轴加速陀螺仪传感器芯片电路。

6.根据权利要求1至5任一项所述的智能控制器，其特征在于，所述的电路板还具有用于功能扩展的接口模块电路，所述的接口模块电路与所述的微处理芯片电路相连接。

7.根据权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述的微处理芯片电路还集成了电动平衡独轮滑板车的行驶的装置。