CN110119142A - 一种电磁智能小车停车系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁智能小车停车系统，包括：为每层停车场设置一条经过所有停车位的金属电磁轨道、设置在每个停车位用于定位的电磁铁、无线通信控制台以及智能循迹小车，其中智能循迹小车包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、传感器、无线通信设备、人机交互模块，无线通信控制台包括无线通信设备，远端控制MCU最小系统以及人机交互设备。本发明可以实现将车自动停放至最近的空车位并返回位置信息，成本低廉，方便管理，节省了人力。
Description
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种电磁智能小车停车系统。
背景技术
随着人工智能技术的日益发展，智能车开始逐渐走近大众。智能车也叫自动驾驶车辆，是一个集环境感知，数据分析，决策控制和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，集中运用了计算机、传感器技术、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。
一种基于电磁导航的智能循迹车(申请号CN201120416014.3)中提到的一种智能循迹小车，它并没有远端控制，只能让小车进行一次性的停车，同时它并不具备避障功能，而且它也没有考虑车位已满的情况，整个系统太过理想化，无法在现实中投入使用。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此，的确有必要提供一种结构简单且便于实施的电磁智能小车停车系统，将车自动停放至最近的空车位并返回位置信息，成本低廉，方便管理，节省了人力和时间，解决了停车安全问题。
为了克服现有技术的缺陷，本发明的技术方案如下：
一种电磁智能小车停车系统，至少包括：设置在停车场中的电磁轨道、无线通信控制台以及智能循迹小车，其中，
所述电磁轨道采用金属导线铺设而成，并经过所有停车位以生成停车场的路迹；每个停车位设置用于定位的电磁铁；所述电磁轨道中流经交变电流使得轨道产生磁场；
所述智能循迹小车用于在停车场循迹行驶并停在空停车位中，至少包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、传感器、无线通信设备和人机交互模块，其中，所述电源模块为智能循迹小车提供供电；所述驱动模块至少包括舵机和电机；所述传感器至少包括电磁信号采集模块、编码器和干簧管；所述编码器用于通过测量相邻脉冲的时间间隔来时刻监测小车的速度；
所述电磁信号采集模块用于采集电磁轨道中交变电流信号并发送给所述MCU控制模块；
所述MCU控制模块与驱动模块、传感器、无线通信设备、人机交互模块相连接，是整个系统的核心；所述MCU控制模块根据所采集的交变电流信号的变化控制舵机转向，以及根据编码器检测到的速度控制电机转速以控制小车速度；
所述无线通信设备与无线通信控制台相连接，用于数据通信；所述人机交互模块用于显示数据；
所述无线通信控制台至少设置MCU最小系统和无线通信设备，所述MCU最小系统通过无线通信设备与智能循迹小车进行数据通信并实现对小车状态的控制；
当智能循迹小车靠近目标停车位时，所述电磁铁产生磁力致使干簧管开关闭合以产生不同的信号，所述MCU控制模块根据该信号选择相应的车位进行停车。
作为进一步的改进方案，所述MCU控制模块采用单片机MK66FX1MOVLQ18。
作为进一步的改进方案，所述MCU控制模块通过H桥驱动电路控制所述电机。
作为进一步的改进方案，所述H桥驱动电路由半桥驱动芯片和4个MOS管构成。
作为进一步的改进方案，所述半桥驱动芯片采用半桥驱动芯片LM5104，用于控制MOS管的导通和关断来实现电机正反转。
作为进一步的改进方案，所述MOS管采用N沟道功率管CSD18536。
作为进一步的改进方案，所述MCU控制模块控制所述舵机实现智能循迹小车的方向控制。
作为进一步的改进方案，所述电磁轨道中的交变电流的频率为50Hz，电流强度为20mA。
作为进一步的改进方案，还包括超声波模块，与所述MCU控制模块相连接，用于检测电磁轨道上的其他车辆以防止发生碰撞。
作为进一步的改进方案，所述电磁信号采集模块设置谐振电路，所述谐振电路采用容值为6.8n电容C0和感值为10mH的电感L0组成，用于采集频率为50Hz的磁场信号。
作为进一步的改进方案，包括：为每层停车场设置一条经过所有停车位的电磁轨道、设置在每个停车位用于定位的电磁铁、无线通信控制台以及智能循迹小车，其中，
所述电磁轨道为金属导线铺设而成，模拟停车场的路迹；
外部向导线中提供交变电流使得轨道产生磁场，磁场强度可任意调节；
所述智能小车用于在停车场循迹行驶并停在空停车位中，整个系统分为自动驾驶小车、无线通信控制台和停车场：
①自动驾驶小车部分：电源模块为MCU控制模块、舵机、电磁信号采集模块、编码器、无线通信模块、人机交互模块供电，MCU控制模块与驱动模块(舵机、电机)、传感器(电磁信号采集模块、编码器、干簧管)、无线通信设备、人机交互模块相连接，是整个系统的核心；无线通信设备与传感器相连，用于通信；人机交互模块与传感器相连，用于显示数据；
②无线通信控制台：MCU最小系统与无线通信设备、MCU最小系统通过无线通信设备与小车进行通信，通过与MCU控制模块之间的数据传输来实现对小车状态的控制，完成远端控制。小车的数据均会显示在显示屏上；
③停车场：每层停车场均设置一条经过所有停车位的电磁轨道，每个停车位均铺设用于定位的电磁铁；
所述智能小车主要实现循迹和停车两个功能：
①循迹：金属导线跑道通电后产生正弦信号，采集信号电路和半波检波电路将交变电流信号采集并经过适当的处理后传递给单片机，单片机分析采集的信号，通过算法分析正弦信号的变化来引导控制舵机转向，H桥驱动电路驱动电机工作并控制电机转速，编码器通过测量相邻脉冲的时间间隔来时刻监测小车的速度，编码器检测到速度后将速度信息传回MCU，MCU根据返回信息调节电机控制速度，形成负反馈，完成循迹行驶；
②停车：停车位边缘铺设有电磁铁，当小车靠近时，强大的磁力致使干簧管开关闭合，产生不同的信号，单片机接收到信号，开始控制驱动电路进行减速，并根据左右干簧管产生的信号强弱不同选择磁性更强的车位进行停车。
优选地，还设置有终点磁铁，智能循迹小车处于返航状态时，当所述干簧管感应到终点磁铁时，返回信号提醒小车行驶至下一层继续寻找空停车位。
作为进一步的改进方案，还在终点设置了永久磁铁，当该层的停车场中停车位已满，小车到达终点时，感应到终点磁铁，则行驶至下一层继续寻找空车位。
作为进一步的改进方案，无线通信设备可与无线通信控制台进行信息交互，实现远端控制。
作为进一步的改进方案，所述MCU控制模块通过四电感定位法来确定小车的实时位置。
作为进一步的改进方案，对所采集的电流信号先采用归一化处理，再进行中位值滤波法来抑制杂波。
作为进一步的改进方案，利用中线偏移量并根据位置式PID算法算出舵机转角，以此来控制小车方向。
作为进一步的改进方案，根据增量式PID算法来实现速度的闭环控制，可任意调节小车速度。
作为进一步的改进方案，PID算法均用模糊控制技术来辅助控制。
作为进一步的改进方案，提供的交变电流的频率为50Hz，电流强度为20mA。
与现有技术相比较，通过超声波模块进行避障，避免了车辆相撞；通过无线通信设备进行远端控制，并将小车的数据显示在显示屏上，直观，方便管理；通过终点永久磁铁的设置，考虑到该层停车场车位已满的情况，小车检测到永久磁铁的信号便会按照轨道行驶至下一层继续寻找空车位。
附图说明
图1为本发明电磁智能小车停车系统的结构图。
图2为本发明中H桥MOSFET驱动电路的电路原理图。
图3为本发明中驱动芯片LM5104的时序图。
图4为本发明中电磁信号采集模块中采集放大电路的电路原理图。
图5为本发明中电磁信号采集模块中半波检波电路的电路原理图。
图6为本发明中智能小车应用于自主设计金属导线的路线图。
图7为本发明中智能小车应用于多层停车场的路线图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
参考图1，所示为本发明提供一种电磁智能小车停车系统的结构图，至少包括：设置在停车场中的电磁轨道、无线通信控制台以及智能循迹小车，其中，
所述电磁轨道采用金属导线铺设而成，并经过所有停车位以生成停车场的路迹；每个停车位设置用于定位的电磁铁；所述电磁轨道中流经交变电流使得轨道产生磁场；
所述智能循迹小车用于在停车场循迹行驶并停在空停车位中，至少包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、传感器、无线通信设备和人机交互模块，其中，所述电源模块为智能循迹小车提供供电；所述驱动模块至少包括舵机和电机；所述传感器至少包括电磁信号采集模块、编码器和干簧管；所述编码器用于通过测量相邻脉冲的时间间隔来时刻监测小车的速度；
所述电磁信号采集模块用于采集电磁轨道中交变电流信号并发送给所述MCU控制模块；
所述MCU控制模块与驱动模块、传感器、无线通信设备、人机交互模块相连接，是整个系统的核心；所述MCU控制模块根据所采集的交变电流信号的变化控制舵机转向，以及根据编码器检测到的速度控制电机转速以控制小车速度。
在本发明技术方案中，智能小车主要实现循迹和停车两个功能：
①循迹：金属导线跑道通电后产生正弦信号，采集信号电路和半波检波电路将交变电流信号采集并经过适当的处理后传递给单片机，单片机分析采集的信号，通过算法分析正弦信号的变化来引导控制舵机转向，H桥驱动电路驱动电机工作并控制电机转速，编码器通过测量相邻脉冲的时间间隔来时刻监测小车的速度，编码器检测到速度后将速度信息传回MCU，MCU根据返回信息调节电机控制速度，形成负反馈，完成循迹行驶；
②停车：停车位边缘铺设有电磁铁，当小车靠近时，强大的磁力致使干簧管开关闭合，产生不同的信号，单片机接收到信号，开始控制驱动电路进行减速，并根据左右干簧管产生的信号强弱不同选择磁性更强的车位进行停车。
所述智能小车用于在停车场循迹行驶并停在空停车位中，整个系统分为自动驾驶小车、无线通信控制台和停车场：
①自动驾驶小车部分：电源模块为MCU控制模块、舵机、电磁信号采集模块、编码器、无线通信模块、人机交互模块供电，MCU控制模块与驱动模块(舵机、电机)、传感器(电磁信号采集模块、编码器、干簧管)、无线通信设备、人机交互模块相连接，是整个系统的核心；无线通信设备与传感器相连，用于通信；人机交互模块与传感器相连，用于显示数据；
②无线通信控制台：MCU最小系统与无线通信设备、MCU最小系统通过无线通信设备与小车进行通信，通过与MCU控制模块之间的数据传输来实现对小车状态的控制，完成远端控制。小车的数据均会显示在显示屏上；
③停车场：每层停车场均设置一条经过所有停车位的电磁轨道，每个停车位均铺设用于定位的电磁铁。
上述技术方案能够达到以下技术效果：由于是基于电磁导航，电磁信号的抗干扰能力较强，所以在车速相对较快的情况下，行车稳定性非常好，在轨道确定(停车场布局已知)的情况下，入库精确性极佳；交变电流的频率和LC谐振电路的谐振频率均可任意调节，可以避开外界特定频率段的干扰；轨道由金属导线铺设而成，从而可以根据实际车库内停车位的布局以及道路的路迹来铺设电磁轨道，大大降低了技术实现难度，能够适用于大部分的停车场，结构简单；根据电磁铁是否产生磁场作为检测车位是否被占用的信号，易于安装，从而大大简化了系统架构；由于设置了终点磁铁，当小车到达终点时检测到终点磁铁的磁场信号，MCU控制模块根据信号会控制小车沿着路迹行驶至下一层继续寻找空车位。
在一种优选实施方式中，智能循迹小车从起点开始行驶，启动前先给电磁轨道接通交变电流进而产生磁场信号，智能循迹小车根据铺设的电磁轨道进行行驶，当行驶到停车位的定位电磁铁铺设点时，智能循迹小车的干簧管检测到磁铁产生的磁场便发出信号，MCU接收到信号后，根据多次训练之后计算出的数据，控制舵机和电机按照确定的角度和速度，行驶规定的时间，最后精准地停在停车位内。
若该层停车场车位已满，则小车继续按照轨道行驶直至行驶到铺设的终点磁铁后，改变路迹行驶至下一层继续寻找空车位。智能循迹小车在行驶的过程中会利用超声波模块对行前方道路进行检测，当检测到前方有车辆时，MCU控制模块会将返回的距离值与设定的阈值相比较，如果距离小于等于阈值，则立即减速并停车，当前方障碍信号消失，则代表前方车辆已经停车完毕或者已行驶至较远距离，则小车继续行驶。
参考图2，所示为H桥驱动电路的电路原理图。为提供充足的电流和功率，驱动电路采用4个MOS管构成H桥驱动电路，并通过半桥驱动芯片LM5104控制MOS管的导通和关断来实现正反转，MOS管用的是N沟道功率管CSD18536。要使电机运转，必需使对角线上的一对MOS管导通。当MOS2管和MOS4管导通时，电流就从电源正极经MOS2从左至右穿过电机，然后再经MOS4回到电源负极。该流向的电流将驱动电机顺时针正向转动。当MOS1和MOS3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿逆时针反向转动。
参考图3，所示为本发明中驱动芯片LM5104的时序图。LM5104是一种高压、高速双输出驱动器，专门设计用于驱动顶部和底部MOSFET的半桥结构连接，拥有自适应延迟，以防止通过顶部和底部MOSFET开关过度期间的射穿电流。工作状态如时序图所示，PWM输入(IN)的上升沿经过短传播延迟(tP)后关闭底部MOSFET(LO)。
参考图4，所示为电磁信号采集模块的电路原理图，前级由容值为6.8n电容C0和感值为10mH的电感L0组成一个谐振电路，采集频率为50Hz的磁场信号，磁场信号由通有交变电流的导线生成，为了避免外部其他频率信号的干扰，可以通过改变导线中交变电流的频率来实现对采集信号频率的改变，C0和L0与采集信号的频率关系公式：
f＝1/√2π(C0*L0).
由于该信号十分微弱，因此采用高精度的仪用放大器AD8422对信号进行放大。对于输出信号大小，我们通过电位器RP1来调节输出增益大小：
G＝1+(19.8k/RP1).
同时在芯片输入之前，用两路RC滤波对信号进行滤波，保证采集信号的准确性。
参考图5，信号放大后通过半波检波电路将正弦信号转化为只保留正电压的等效直流信号，再由MCU进行AD采样，获取数据，MCU根据所获取的信号对电机和舵机进行控制。
在一种优选实施方式中，还设置有终点磁铁，智能循迹小车到达该层停车场终点，当干簧管感应到终点磁铁时，智能循迹小车行驶至下一层继续寻找空车位。
在一种优选实施方式中，小车由远端控制，所有数据均可显示在屏幕上。
在一种优选实施方式中，控制模块采用单片机MK66FX1MOVLQ18。
在一种优选的实施方式中，金属导线跑道通电后产生正弦信号，采集信号电路和半波检波电路将交变电流信号采集并经过适当的处理后传递给单片机，单片机分析采集的信号，通过算法分析正弦信号的变化来引导控制舵机转向，H桥驱动电路驱动电机工作并控制电机转速，编码器通过测量相邻脉冲的时间间隔来时刻监测小车的速度，编码器检测到速度后将速度信息传回MCU，MCU根据返回信息调节电机控制速度；同时电磁信号检测模块检查电磁信号，MCU根据两边电磁信号的强弱来判断小车偏离电磁轨道的情况，并相应地调整舵机偏角，从而控制小车方向，确保小车能够循迹行驶。
在一种优选实施方式中，通过H桥MOSFET驱动电路实现控制电机。
在一种优选实施方式中，MCU控制模块利用中线偏移量并根据位置式PID算法算出舵机转角，以此来控制小车方向。
在一种优选实施方式中，MCU控制模块根据增量式PID算法来实现速度的闭环控制，可任意调节小车速度。
在一种优选实施方式中，提供的交变电流的频率为50Hz，电流强度为20mA，LC谐振电路的谐振频率与交变电流频率一致，可任意设置。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电磁智能小车停车系统，其特征在于，至少包括：设置在停车场中的电磁轨道、无线通信控制台以及智能循迹小车，其中，
所述电磁轨道采用金属导线铺设而成，并经过所有停车位以生成停车场的路迹；每个停车位设置用于定位的电磁铁；所述电磁轨道中流经交变电流使得轨道产生磁场；
所述智能循迹小车用于在停车场循迹行驶并停在空停车位中，至少包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、传感器、无线通信设备和人机交互模块，其中，所述电源模块为智能循迹小车提供供电；所述驱动模块至少包括舵机和电机；所述传感器至少包括电磁信号采集模块、编码器和干簧管；所述编码器用于通过测量相邻脉冲的时间间隔来时刻监测小车的速度；
所述电磁信号采集模块用于采集电磁轨道中交变电流信号并发送给所述MCU控制模块；
所述MCU控制模块与驱动模块、传感器、无线通信设备、人机交互模块相连接，是整个系统的核心；所述MCU控制模块根据所采集的交变电流信号的变化控制舵机转向，以及根据编码器检测到的速度控制电机转速以控制小车速度；
所述无线通信设备与无线通信控制台相连接，用于数据通信；所述人机交互模块用于显示数据；
所述无线通信控制台至少设置MCU最小系统和无线通信设备，所述MCU最小系统通过无线通信设备与智能循迹小车进行数据通信并实现对小车状态的控制；
当智能循迹小车靠近目标停车位时，所述电磁铁产生磁力致使干簧管开关闭合以产生不同的信号，所述MCU控制模块根据该信号选择相应的车位进行停车。
2.根据权利要求1所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述MCU控制模块采用单片机MK66FX1MOVLQ18。
3.根据权利要求1或2所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述MCU控制模块通过H桥驱动电路控制所述电机。
4.根据权利要求3所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述H桥驱动电路由半桥驱动芯片和4个MOS管构成。
5.根据权利要求4所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述半桥驱动芯片采用半桥驱动芯片LM5104，用于控制MOS管的导通和关断来实现电机正反转。
6.根据权利要求4所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述MOS管采用N沟道功率管CSD18536。
7.根据权利要求1或2所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述MCU控制模块控制所述舵机实现智能循迹小车的方向控制。
8.根据权利要求1或2所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述电磁轨道中的交变电流的频率为50Hz，电流强度为20mA。
9.根据权利要求1或2所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，还包括超声波模块，与所述MCU控制模块相连接，用于检测电磁轨道上的其他车辆以防止发生碰撞。
10.根据权利要求1或2所述的电磁智能小车停车系统，其特征在于，所述电磁信号采集模块设置谐振电路，所述谐振电路采用容值为6.8n电容C0和感值为10mH的电感L0组成，用于采集频率为50Hz的磁场信号。
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- 2019-04-03 CN CN201910267267.XA patent/CN110119142A/zh active Pending
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