CN107885215A - 一种两轮无线遥控智能小车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，包括主控制器、测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机；所述主控制器分别与测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块连接；所述主控制器、测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、两个直流电机均连接有电源模块。本发明所达到的有益效果：本发明摈弃遥控装置，通过手机app与小车控制系统中的蓝牙模块进行数据传递从而操控小车；与常规的四轮小车不同，小车为两轮式，采用MPU6050姿态平衡模块，可以实现两轮小车的自平衡；此外小车可以实现自主避障、黑线循迹这两项附加功能。

Description

一种两轮无线遥控智能小车
技术领域
本发明涉及一种两轮无线遥控智能小车，属于平衡控制技术领域。
背景技术
现阶段市面上有种类繁多的遥控小车，通过一个专用的遥控手柄实现小车的控制。但现有的小车存在遥控手柄易损坏、体积大不易携带和小车功能模式单一的问题，尤其在小车行进过程中，稳定性难以保证。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种两轮无线遥控智能小车，基于卡尔曼滤波控制算法且无需遥控手柄，实现自主循迹、避障的两轮直立小车的平稳性控制。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，包括主控制器、用于感知小车与前方障碍物距离的测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的用于驱动小车运动的直流电机；主控制器分别与测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块连接；所述主控制器、测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、两个直流电机均连接有电源模块；所述直流电机驱动模块分别与两个直流电机相连接；所述蓝牙模块用于与手机端连接，对小车进行控制；所述六路红外模块利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点判断是黑白路面，完成相应的循迹功能。
前述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述主控制器采用32位的STM32F103C8T6芯片。
前述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述测距模块为HC-SR04超声波测距模块。
前述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述六路红外模块包括LM339比较器模块和三对红外对管模块；其中红外对管模块包括通电后产生红外光的发射管和内部电阻会随着接收到红外光的多少而变化的接收管，由于黑色吸光，当遇到黑白路面时接收管对应大小不同的电阻值，从而区别出黑白路面；其中LM339比较器模块用来比较预先设置的电压与红外对管的外部电路电压，输出一个依据黑白路面变化的高低电压，再将此送到主控制器，从而可以判断出是黑白路面。
前述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述姿态读取模块采用集合了加速度传感器和陀螺仪的MPU6050六轴传感器芯片；所述MPU6050六轴传感器芯片从加速度传感器和陀螺仪中读出的数据进行卡尔曼滤波处理，再通过PID控制算法控制小车的前进后退。
前述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述直流电机驱动模块采用TB6612FNG电机驱动芯片。
前述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述电源模块采用的稳压芯片为LM2940和ASM1117，利用LM2940将外部电压降至5V，再利用ASM1117将5V电压降至3.3V。
本发明所达到的有益效果：本发明摈弃遥控装置，通过手机app与小车控制系统中的蓝牙模块进行数据传递从而操控小车；与常规的四轮小车不同，小车为两轮式，采用MPU6050姿态平衡模块，可以实现两轮小车的自平衡；此外小车可以实现自主避障、黑线循迹这两项附加功能；本装置有效避免了现有两轮车因机械传动或重心力的作用引起的控制不稳；可在平稳路面及具有一定斜度的坡面上实现稳定地控制，也可作为各种滤波控制算法的实验台架，比较不同算法的优劣性。
附图说明
图1是本装置的整体结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明设计的一种两轮无线遥控智能小车，包括主控制器、测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的直流电机和电源模块，连接关系如图1所示。
电源模块给超声波模块、红外模块、六轴传感器模块、蓝牙模块、电机驱动模块和左右两个直流电机供电。
主控制器对来自外部的各传感器的数据进行处理从而实现自平衡、避障和循迹。
手机作为遥控终端可以通过小车控制系统的蓝牙模块设置小车处于遥控模式、避障模式和循迹模式。当小车处于遥控模式下时，可以通过手机app控制小车前后左右运动。当小车处于避障模式下时，小车自主前进，当前方遇到障碍物时自主改变运动方向。当小车处于循迹模式下时，小车按照预先规划好的黑色轨迹线前进。
平衡小车采用的动力源是2S大电流航模锂电池，电池组充满电压达8.4V。而系统的部分芯片需要5V供电，部分芯片需要3.3V供电，所以需要电源转换电路，采用的是芯片LM2940-5.0和ASM1117-3.3，为了单独给传感器MPU-6050提供稳定干净的电源，特意单独使用XC6206给MPU-6050供电。
两轮小车与常规的四轮小车或者带有万向轮的三轮小车不同，首要解决的问题便是平衡问题。采用集陀螺仪和加速度计于一体的MPU6050芯片，为了得到更为精确的小车倾角，本发明对从陀螺仪和加速度计中读出的数据进行卡尔曼滤波处理，再通过PID控制算法控制小车的前进后退从而实现小车的平衡。
两个直流电机选用了内置两组H桥电路的TB6612FNG驱动芯片。其中PWMA、PWMB接STM32F10C8T6的PWM输出引脚，一般10KHZ的PWM即可，通过调节PWM的占空比实现电机的调速。AO1、AO2、BO1、BO2接两个直流电机的正负极。AIN1、AIN2、BIN1、BIN2引脚控制两个直流电机的正反转。
蓝牙模块为主从一体模块，该模块支持接口丰富，支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低，体积小，收发灵敏性高，使用简单等优点。
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。模块有四个引脚分别为VCC、Trig、Echo、GND。其电路连接为VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。测距的基本原理为：给Trig引脚一个持续10us以上的高电平，超声波模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回，通过ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。通过STM32的输入捕获得到ECHO引脚高电平的持续时间，则得到距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。
六路红外模块包含LM339和三对红外对管。利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地板时发生漫反射，反射光被装载小车上的接收管就收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车的接收管接收不到红外光。如用电平的高低来描述上面两种现象就会出现高低电平之分，也就是会出现所谓的0和1两种状态，此时再将此送到主控芯片的I/O口，单片机就可以判断是黑白路面，进而完成相应的循迹功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，包括主控制器、用于感知小车与前方障碍物距离的测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块、两个自带编码器的用于驱动小车运动的直流电机；
所述主控制器分别与测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、直流电机驱动模块连接；
所述主控制器、测距模块、蓝牙模块、六路红外模块、姿态读取模块、两个直流电机均连接有电源模块；
所述直流电机驱动模块分别与两个直流电机相连接；
所述蓝牙模块用于与手机端连接，对小车进行控制；
所述姿态读取模块用于控制小车车轮的前进和后退；
所述六路红外模块利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点判断是黑白路面，并将数据传递给主控制器完成相应的循迹功能。
2.根据权利要求1所述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述主控制器采用32位的STM32F103C8T6芯片。
3.根据权利要求1所述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述测距模块为HC-SR04超声波测距模块。
4.根据权利要求1所述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述六路红外模块包括LM339比较器模块和三对红外对管模块。
5.根据权利要求1所述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述姿态读取模块采用包含加速度传感器和陀螺仪的MPU6050六轴传感器芯片。
6.根据权利要求1所述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述直流电机驱动模块采用TB6612FNG电机驱动芯片。
7.根据权利要求1所述的一种两轮无线遥控智能小车，其特征是，所述电源模块采用的稳压芯片为LM2940和ASM1117；所述LM2940稳压芯片用于将外部电压降至5V；所述ASM1117稳压芯片用于将5V电压降至3.3V。
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