CN111261012A

CN111261012A - 一种气动教学小车

Info

Publication number: CN111261012A
Application number: CN202010059636.9A
Authority: CN
Inventors: 范启东; 吴贤龙; 蔡树丹; 李炫增; 付宇童
Original assignee: Foshan University
Current assignee: Foshan University
Priority date: 2020-01-19
Filing date: 2020-01-19
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2040-01-19
Also published as: CN111261012B

Abstract

本发明公开了一种气动教学小车，其包括车体；车体上设置有安装架；安装架上架设有储气罐；储气罐上设有出气口；车体上还设有方向阀；车体上设置有处理器模块、气阀组件和启闭模块；处理器模块与启闭模块通信连接；气阀组件的一端通过气管与出气口连通，另一端通过气管与方向阀连通；方向阀包括壳体和设于壳体内转换模块；转换模块与处理器模块通信连接；壳体内设有空腔；壳体上朝外的一端面上设有控制车体直线运动的第一喷嘴；第一喷嘴与空腔连通；壳体上绕其周向设置有若干个第二喷嘴；若干个第二喷嘴与空腔连通；第一喷嘴和若干个第二喷嘴分别通过气管与转换模块连通。本发明具有结构简单，造价成低，便于大规模推广的优点。

Description

一种气动教学小车

技术领域

本发明涉及教学设备领域，具体而言，涉及一种气动教学小车。

背景技术

目前，我国大部分单片机教学，都还停留在点亮led灯，驱动直流电机转动，舵机转动一定的度数，这些电子元件的驱动并不能很好的与它的实际用途相联系。随着科技的发展，模块化编程和图形化编程的完善，越来越多的中小学生加入到单片机初学者的行列。然而对于现在越来越低龄化的单片机初学者，传统单片机教学的缺点就被放大，单纯的驱动电子元器件难以调动初学者的学习兴趣。对于低龄学者而言，合理的教育应该是边玩边学。典型的或者常见的现有技术有：

如CN201353430Y公开了一种智能可编程玩具车，本实用新型所述的是一种具有自动识别路径功能的智能车，是通过传感器组件检测路面对光的反射程度，而达到识别道路的目地。通过编程控制键盘可以脱离计算机现场编程，操作灵活方便，便于大众化使用。另一种经典的如CN108399833A，公开了一种实物化拼图式编程学习智能小车蓝牙机器人，本发明将传统单片机指令学习用的智能小车集成化，具有多种传感器和声光电互动表现形式，结构紧凑，趣味性高，可以与实物化拼图式编程板、编程指令模块配合，符合儿童学习编程需求，提高编程儿童教学的趣味性，提高儿童编程逻辑思维训练效率。再来看如CN102081874A的现有技术，公开了一种循迹智能小车，本发明可用于本科、大专的实验课程，可纳入单片机教学课程中；产品的性价比高，适合广大学生；通过使用智能车主控制板可熟练掌握单片机原理和编程技巧，易上手易学习，提高学生的制作能力，增加学生开展智能车比赛的兴趣。

综上所述，经过申请人的海量检索，本领域至少存在智能小车结构复杂，造价成本高，智能化程度较低，无法很好的引起学生学习智能控制的兴趣。因此，需要开发或者改进一种气动教学小车。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动教学小车以解决所述问题。

为实现上述目的，本发明所提供的一种气动教学小车，其包括车体；所述车体上设置有安装架；所述安装架上架设有储气罐；所述储气罐上设有出气口；所述车体上还设有用于控制所述车体运动方向的方向阀；所述车体上设置有处理器模块、气阀组件和用于控制所述气阀组件启闭状态的启闭模块；所述处理器模块与所述启闭模块通信连接；所述气阀组件的一端通过气管与所述出气口连通，另一端通过气管与所述方向阀连通；所述方向阀包括壳体和设于所述壳体内用于控制出气模式的转换模块；所述转换模块与所述处理器模块通信连接；所述壳体内设有空腔；所述壳体上朝外的一端面上设有控制所述车体直线运动的第一喷嘴；所述第一喷嘴与所述空腔连通；所述壳体上绕其周向设置有若干个第二喷嘴；若干个所述第二喷嘴与所述空腔连通；所述第一喷嘴和若干个所述第二喷嘴分别通过气管与所述转换模块连通。

优选的是，所述车体包括底盘和轮胎；所述底盘上根据功能划分为供电区、控制区和驱动区；所述安装架位于所述供电区和所述控制区之间；所述储气罐位于所述底盘的上方；所述供电区内设有蓄电池；所述蓄电池与所述处理器模块、启闭模块和转换模块电连接；所述处理器模块、气阀组件和启闭模块均位于所述控制区内；所述方向阀位于所述驱动区内。

优选的是，所述车体上还设有无线通讯模块、设置模块和控制模块；所述无线通讯模块、设置模块和控制模块分别与所述处理器模块连接；所述控制模块包括设有用于判断前方障碍物的距离与位置的避障模块、以及用于限定所述车体行驶路经的定位模块；所述设置模块设置目的地坐标，并将坐标信息输送至所述处理器模块，所述处理器模块将位置信息发送给所述定位模块，所述定位模块控制所述控制模块和所述转换模块启动；还包括移动终端，所述移动终端通过所述无线通讯模块与所述处理器模块连接，并通过所述处理器模块与所述启闭模块、转换模块和定位模块通讯连接。

优选的是，所述处理器模块控制避障模块在固定时间间隔发出一定频率的脉冲信号，并对返回数据给所述处理器模块进行采集处理，判断前方障碍物的距离与位置，并发送指令至所述启闭模块和转换模块，所述启闭模块和转换模块配合控制所述车体的驾驶状态避开前方障碍物。

优选的是，所述避障模块采用HC-HR04超声避障模块采用IO口TRIG触发测距，给在触发端口至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回，通过IO口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；测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。

优选的是，所述设置模块采用Labview软件实现数据的接收和发送。

优选的是，所述车体上还设有用于捕抓动态图像的摄像头和对捕抓到的动态图像进行图像分析并计算动态图像所表达的对应指令图像处理模块；所述图像处理模块将指令信息通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端；所述移动终端根据指令与所述处理器模块实现通讯连接，并通过所述移动终端向所述车体发出运动指令。

优选的是，所述车体上还设有压力传感器和报警装置；当储气罐的重量小于所述压力传感器的预设压力值时，所述压力传感器发出报警指令至处理器模块，所述处理器模块控制报警装置启动，所述报警装置将报警信号通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端，所述移动终端发出报警蜂鸣声并发送指令至启闭模块和转换模块，所述启闭模块和转换模块接收到来自于所述移动终端的驾驶指令控制所述车体停止运动。

上述技术方案所提供的一种气动教学小车，与现有技术相比，其有益效果包括：

1.本发明可用于本科、大专的实验课程，可纳入单片机教学课程中；产品的性价比高，适合广大学生；通过使用智能车主控制板可熟练掌握单片机原理和编程技巧，易上手易学习，提高学生的制作能力，增加学生开展智能车比赛的兴趣。

2.本发明的小车结构简单，造价成本低，便于大规模推广。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明实施例1～2中一种气动教学小车的结构示意图之一；

图2是本发明实施例1～2中一种气动教学小车的结构示意图之二；

图3是本发明实施例1～2中一种气动教学小车的结构示意图之三；

图4是本发明实施例1～2中一种气动教学小车的方向阀的结构示意图；

图5是本发明实施例1～2中一种气动教学小车的方向阀的系统流程图。

附图标记说明：1-安装架；2-储气罐；3-出气口；4-方向阀；5-处理器模块；6-第一喷嘴；7-气阀组件；8-启闭模块；9-第二喷嘴；10-底盘；11-轮胎；12-蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

如图1～5所示的一种气动教学小车，其包括车体；所述车体上设置有安装架1；所述安装架1上架设有储气罐2；所述储气罐2上设有出气口3；所述车体上还设有用于控制所述车体运动方向的方向阀4；所述车体上设置有处理器模块5、气阀组件7和用于控制所述气阀组件7启闭状态的启闭模块8；所述处理器模块5与所述启闭模块8通信连接；所述气阀组件7的一端通过气管与所述出气口3连通，另一端通过气管与所述方向阀4连通；所述方向阀4包括壳体和设于所述壳体内用于控制出气模式的转换模块；所述转换模块与所述处理器模块5通信连接；所述壳体内设有空腔；所述壳体上朝外的一端面上设有控制所述车体直线运动的第一喷嘴6；所述第一喷嘴6与所述空腔连通；所述壳体上绕其周向设置有若干个第二喷嘴9；若干个所述第二喷嘴9与所述空腔连通；所述第一喷嘴6和若干个所述第二喷嘴9分别通过气管与所述转换模块连通。

其中，为了使车体结构紧凑，减少车体自身重量，本实施例1中的所述车体包括底盘10和轮胎11；所述底盘10上根据功能划分为供电区、控制区和驱动区；所述安装架1位于所述供电区和所述控制区之间；所述储气罐2位于所述底盘10的上方；所述供电区内设有蓄电池12；所述蓄电池12与所述处理器模块5、启闭模块8和转换模块电连接；所述处理器模块5、气阀组件7和启闭模块8均位于所述控制区内；所述方向阀4位于所述驱动区内。

为了提高小车的智能程度，本实施例1中的所述车体上还设有无线通讯模块、设置模块和控制模块；所述无线通讯模块、设置模块和控制模块分别与所述处理器模块连接；所述控制模块包括设有用于判断前方障碍物的距离与位置的避障模块、以及用于限定所述车体行驶路经的定位模块；所述设置模块设置目的地坐标，并将坐标信息输送至所述处理器模块，所述处理器模块将位置信息发送给所述定位模块，所述定位模块控制所述控制模块和所述转换模块启动；还包括移动终端，所述移动终端通过所述无线通讯模块与所述处理器模块连接，并通过所述处理器模块与所述启闭模块、转换模块和定位模块通讯连接。

其中，所述处理器模块5控制避障模块在固定时间间隔发出一定频率的脉冲信号，并对返回数据给所述处理器模块5进行采集处理，判断前方障碍物的距离与位置，并发送指令至所述启闭模块和转换模块，所述启闭模块8和转换模块配合控制所述车体的驾驶状态避开前方障碍物。

其中，所述避障模块采用HC-HR04超声避障模块采用IO口TRIG触发测距，给在触发端口至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回，通过IO口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；测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。

其中，所述设置模块采用Labview软件实现数据的接收和发送；，所述设置模块采用Labview软件实现数据的接收和发送；在Labview下USB摄像头的图像获取：首选，通过IMAQUSBEnumerateCameras子VI输出一个包含连接于PC机全部USB摄像头的字符串数组。一般情况下，选择该数组的第一个元素，通过IMAQUSBInit子VI连接选定的摄像头，然后经由IMAQUSBGrabSetup初始化USB摄像头的图像抓取。USB摄像头图像的抓取是通过IMAQUSBGrabAcquire子VI实现的，而该子VI所需的缓冲空间需要使用IMAQCreate子VI进行设置。通过使用ImageDisplay控件可以显示抓取到的图。

为了实现人机互动，提高操控感，本实施例1中的所述车体上还设有用于捕抓动态图像的摄像头和对捕抓到的动态图像进行图像分析并计算动态图像所表达的对应指令图像处理模块；所述图像处理模块将指令信息通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端；所述移动终端根据指令与所述处理器模块5实现通讯连接，并通过所述移动终端向所述车体发出运动指令。

而且，为了保证用户及时知道储气罐2内的气体储存状况，本实施例1中的所述车体上还设有压力传感器和报警装置；当储气罐2的重量小于所述压力传感器的预设压力值时，所述压力传感器发出报警指令至处理器模块5，所述处理器模块5控制报警装置启动，所述报警装置将报警信号通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端，所述移动终端发出报警蜂鸣声并发送指令至启闭模块8和转换模块，所述启闭模块8和转换模块接收到来自于所述移动终端的驾驶指令控制所述车体停止运动。

实施例二：

如图1～5所示的一种气动教学小车，其包括车体；所述车体上设置有安装架1；所述安装架1上架设有储气罐2；所述储气罐2上设有出气口3；所述车体上还设有用于控制所述车体运动方向的方向阀4；所述车体上设置有处理器模块5、气阀组件7和用于控制所述气阀组7件启闭状态的启闭模块8；所述处理器模块5与所述启闭模块8通信连接；所述气阀组件7的一端通过气管与所述出气口3连通，另一端通过气管与所述方向阀4连通；所述方向阀4包括壳体和设于所述壳体内用于控制出气模式的转换模块；所述转换模块与所述处理器模块5通信连接；所述壳体内设有空腔；所述壳体上朝外的一端面上设有控制所述车体直线运动的第一喷嘴6；所述第一喷嘴6与所述空腔连通；所述壳体上绕其周向设置有若干个第二喷嘴9；若干个所述第二喷嘴9与所述空腔连通；所述第一喷嘴6和若干个所述第二喷嘴9分别通过气管与所述转换模块连通。

为了提高小车的智能程度，本实施例2中的所述车体上还设有无线通讯模块、设置模块和控制模块；所述无线通讯模块、设置模块和控制模块分别与所述处理器模块5连接；所述控制模块包括设有用于判断前方障碍物的距离与位置的避障模块、以及用于限定所述车体行驶路经的定位模块；所述设置模块设置目的地坐标，并将坐标信息输送至所述处理器模块5，所述处理器模块5将位置信息发送给所述定位模块，所述定位模块控制所述控制模块和所述转换模块启动；还包括移动终端，所述移动终端通过所述无线通讯模块与所述处理器模块5连接，并通过所述处理器模块5与所述启闭模块8、转换模块和定位模块通讯连接。

其中，所述处理器模块5控制避障模块在固定时间间隔发出一定频率的脉冲信号，并对返回数据给所述处理器模块5进行采集处理，判断前方障碍物的距离与位置，并发送指令至所述启闭模块8和转换模块，所述启闭模块8和转换模块配合控制所述车体的驾驶状态避开前方障碍物。

为了实现人机互动，提高操控感，本实施例2中的所述车体上还设有用于捕抓动态图像的摄像头和对捕抓到的动态图像进行图像分析并计算动态图像所表达的对应指令图像处理模块；所述图像处理模块将指令信息通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端；所述移动终端根据指令与所述处理器模块5实现通讯连接，并通过所述移动终端向所述车体发出运动指令。

而且，为了保证用户及时知道储气罐2内的气体储存状况，本实施例1中的所述车体上还设有压力传感器和报警装置；当储气罐2的重量小于所述压力传感器的预设压力值时，所述压力传感器发出报警指令至处理器模块，所述处理器模块5控制报警装置启动，所述报警装置将报警信号通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端，所述移动终端发出报警蜂鸣声并发送指令至启闭模块8和转换模块，所述启闭模块8和转换模块接收到来自于所述移动终端的驾驶指令控制所述车体停止运动。

本实施例2中，为了便于不同学生的使用，所述车体上还设置有二维码标识；所述移动终端上设置有扫描探头，用于扫描所述二维码标识并与所述车体的处理器模块5建立联系；所述移动终端上还设有激光发射器；所述车体上的摄像头捕抓所述激光发射器的发射点，所述图像处理模块对发射点进行分析处理，并将所述发射点的图像转化成数据信号发送至所述处理器模块；所述处理器模块5将数据信号发送至定位模块；所述定位模块以地平线为二维图，建立坐标系，确定了发射点的坐标，并将坐标发送至处理器模块5；处理器模块5将坐标信号发送至启闭模块8和转换模块，从而控制车体朝发射点移动；用户持有移动终端，通过激光发射器控制发射点的移动，车体也随着移动，实现指哪到哪。

其中，所述启闭模块8为MG90S舵机；所述处理器模块5为单片机。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种气动教学小车，其特征在于，其包括车体；所述车体上设置有安装架；所述安装架上架设有储气罐；所述储气罐上设有出气口；所述车体上还设有用于控制所述车体运动方向的方向阀；所述车体上设置有处理器模块、气阀组件和用于控制所述气阀组件启闭状态的启闭模块；所述处理器模块与所述启闭模块通信连接；所述气阀组件的一端通过气管与所述出气口连通，另一端通过气管与所述方向阀连通；所述方向阀包括壳体和设于所述壳体内用于控制出气模式的转换模块；所述转换模块与所述处理器模块通信连接；所述壳体内设有空腔；所述壳体上朝外的一端面上设有控制所述车体直线运动的第一喷嘴；所述第一喷嘴与所述空腔连通；所述壳体上绕其周向设置有若干个第二喷嘴；若干个所述第二喷嘴与所述空腔连通；所述第一喷嘴和若干个所述第二喷嘴分别通过气管与所述转换模块连通。

2.根据权利要求1所述的气动教学小车，其特征在于，所述车体包括底盘和轮胎；所述底盘上根据功能划分为供电区、控制区和驱动区；所述安装架位于所述供电区和所述控制区之间；所述储气罐位于所述底盘的上方；所述供电区内设有蓄电池；所述蓄电池与所述处理器模块、启闭模块和转换模块电连接；所述处理器模块、气阀组件和启闭模块均位于所述控制区内；所述方向阀位于所述驱动区内。

3.根据权利要求1所述的气动教学小车，其特征在于，所述车体上还设有无线通讯模块、设置模块和控制模块；所述无线通讯模块、设置模块和控制模块分别与所述处理器模块连接；所述控制模块包括设有用于判断前方障碍物的距离与位置的避障模块、以及用于限定所述车体行驶路经的定位模块；所述设置模块设置目的地坐标，并将坐标信息输送至所述处理器模块，所述处理器模块将位置信息发送给所述定位模块，所述定位模块控制所述控制模块和所述转换模块启动；还包括移动终端，所述移动终端通过所述无线通讯模块与所述处理器模块连接，并通过所述处理器模块与所述启闭模块、转换模块和定位模块通讯连接。

4.根据权利要求3所述的气动教学小车，其特征在于，所述处理器模块控制避障模块在固定时间间隔发出一定频率的脉冲信号，并对返回数据给所述处理器模块进行采集处理，判断前方障碍物的距离与位置，并发送指令至所述启闭模块和转换模块，所述启闭模块和转换模块配合控制所述车体的驾驶状态避开前方障碍物。

5.根据权利要求4所述的气动教学小车，其特征在于，所述避障模块采用HC-HR04超声避障模块采用IO口TRIG触发测距，给在触发端口至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回，通过IO口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；测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。

6.根据权利要求5所述的气动教学小车，其特征在于，所述设置模块采用Labview软件实现数据的接收和发送。

7.根据权利要求6所述的气动教学小车，其特征在于，所述车体上还设有用于捕抓动态图像的摄像头和对捕抓到的动态图像进行图像分析并计算动态图像所表达的对应指令图像处理模块；所述图像处理模块将指令信息通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端；所述移动终端根据指令与所述处理器模块实现通讯连接，并通过所述移动终端向所述车体发出运动指令。

8.根据权利要求7所述的气动教学小车，其特征在于，所述车体上还设有压力传感器和报警装置；当储气罐的重量小于所述压力传感器的预设压力值时，所述压力传感器发出报警指令至处理器模块，所述处理器模块控制报警装置启动，所述报警装置将报警信号通过所述无线通讯模块发送至所述移动终端，所述移动终端发出报警蜂鸣声并发送指令至启闭模块和转换模块，所述启闭模块和转换模块接收到来自于所述移动终端的驾驶指令控制所述车体停止运动。