CN202615238U - 一种直立式智能车直立行走控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直立式智能车完成直立行走的控制器，包括智能车车模，智能车车模的后轮上安装两个电机，在电机的输出轴上安装有光电编码盘，智能车上还安装有单片机、加速度计和陀螺仪，在车模前方还安装有两个电磁感应线圈；其中，加速度计、陀螺仪分别与单片机相连，电磁感应线圈通过电磁线检测电路与单片机相连接，光电编码盘通过速度检测电路连接计算机，电机通过电机驱动电路与单片机相连接。能够实现车模直立行走。

Description

一种直立式智能车直立行走控制器

技术领域

本实用新型涉及智能车车模的行驶控制技术，尤其涉及一种直立式智能车车模直立行走控制器。 

背景技术

车模直立行走是要求仿照两轮子平衡电动车的行进模式，让车模以两个后轮驱动进行直立行走。近年来，两轮子平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到很大发展。国内外有很多这方面的研究，也有相应的产品。在电磁组比赛中，利用了原来C型车模双后轮驱动的特点，实现两轮子平衡行走。相对于传统的四轮行走车模竞赛模式，车模直立行走在车体检测、控制算法等方面提出了更高要求。因此，研发直立式智能车车模直立行走控制器成为本领域技术人员的热点。 

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种直立式智能车车模直立行走控制器，该控制器通过对车模两个后轮的直流电机的旋转方向及速度控制，而实现车模的直立行走。 

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案： 

一种直立式智能车车模直立行走控制器，包括智能车车模，智能车车模的后轮上安装两个电机，其特征在于，在电机的输出轴上安装有光电编码盘，智能车上还安装有单片机、加速度计和陀螺仪，在车模前方还安装有两个电磁感应线圈；其中，加速度计、陀螺仪分别与单片机相连，电磁感应线圈通过电磁线检测电路与单片机相连接，光电编码盘通过速度检测电路连接计算机，电机通过电机驱动电路与单片机相连接。 

本实用新型的其它特点是： 

所述单片机采用DSC MC56F8031型号的单片机； 

所述电机驱动电路中的采用电机驱动芯片33886； 

所述的两个电磁感应线圈均采用10mH的工字型电感； 

所述的加速度计采用低g值的传感器MMA7260。 

本实用新型的直立式智能车车模行驶的控制器，通过加速度传感器和陀螺仪测量车模倾角和倾角加速度，从而实现电机加速度控制而使车模直立稳定；光电编码盘可以获得电机旋转速度，同时利用单片机的计数器测量在固定时间间隔内速度脉冲信号的个数可以测量电机的转速，然后通过PID反馈控制，便可以精确控制电机的运行速度，从而控制车模的运行速度；利用电磁感应线圈对道路电磁中心线进行检测，获得的电磁线偏差检测信号分别与车模速度控制信号进行加和减，形成左右轮差动电压，使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向，最终实现车模的直立行走，其控制还可以通过单片机软件实现。 

附图说明

图1为本实用新型的直立式智能车车模直立行走控制器的结构示意图； 

图2为图1的侧视图；图1、2中的标记分别表示：图1中的标记分别表示：1、智能车车模，2、后轮，3、单片机，4、加速度计，5、陀螺仪，6、电机，7、光电编码盘，8、电磁感应线圈； 

图3是电机速度检测示意图，图中的标记分别表示：6、电机，7、光电编码盘，13、计数器，14、输出线。 

图4为电机PI反馈控制图；图中的标记分别表示：6、电机，7、光电编码盘，13、计数器。 

图5为车模方向控制图； 

图6为控制器的硬件框图；图中的标记分别表示：3、单片机，4、加速 度计，5、陀螺仪，6、电机，7、光电编码盘，8、电磁感应线圈；9、电机驱动电路，10、电源，11、速度检测电路，12、电磁线检测电路。 

图7为单片机的连接电路图； 

图8为陀螺仪和加速计的电路图；其中，（a）图为陀螺仪的电路图，（b）图为加速计的电路图； 

图9为电机的驱动电路图； 

图10为速度传感电路；图中的标记分别表示：7、光电编码盘，13、计数器。 

图11为电磁检测电路图。其中，（a）图是左侧电磁检测电路图，（b）图是右侧电磁检测电路图，而且（b）图方框内的电路与（a）图中的电路完全相同。 

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。 

具体实施方式

参照图1、图2和图6，本实用新型给出一种直立式智能车完成直立行走的控制器，包括智能车车模1，智能车车模1的后轮2上安装两个电机6，其特征在于，在电机6的输出轴上安装有光电编码盘7，智能车1上还安装有单片机3、加速度计4和陀螺仪5，在车模前方还安装有两个电磁感应线圈8，其中，加速度计4、陀螺仪5分别与单片机3相连，电磁感应线圈8通过电磁线检测电路与单片机3相连接，光电编码盘7通过速度检测电路连接计算机3，电机6通过电机驱动电路9与单片机3相连接，单片机3上还连接有电源10。 

通过加速度计4和陀螺仪5可以使智能车车模1保持直立稳定，光电编码盘7和单片机3上的计数器13可以测量出电机转速，通过PID反馈控制实现电机速度控制，道路电磁中心线检测偏差信号和速度控制信号相加减形成左右轮差动电压，从而对智能车车模1方向进行控制，最后通过单片机3 编辑算法实现智能车车模1直立行走。 

参照图3和图4，通过在电机6输出轴上安装光电编码器7，从而实现对电机6的速度检测，然后通过将信号传给单片机3，利用单片机3上的计数器13测量在固定时间间隔内速度脉冲信号的个数可以测量电机的转速，最后，通过PID反馈控制，在单片机3上编辑算法实现电机速度的控制。 

参照图5，利用电磁线偏差检测信号分别与车模速度控制信号进行加和减，形成左右轮差动控制电压，使得智能车车模1左右轮运行角速度不一致进而控制智能车车模1方向。通过左右电机速度差驱动智能车车模1转向消除智能车车模1偏差，这是一个积分过程。因此，智能车车模1差动控制只需要进行简单的比例控制就可以完成智能车车模1方向控制，同时注意在固定两个电磁感应线圈7的时候，尽量保持这两个电磁感应线圈7呈水平位置。 

参照图7，本实施例中，单片机选用DSC MC56F8031单片机，它体积小（32PIN TQFP），功耗低（3.3V工作电压），运算速度快（32MIPS，DSP结构），具有丰富的外设模块，非常适合控制车模的运行。 

参照图8，（a）图的陀螺仪电路主要是将陀螺仪5信号进行放大滤波。由于加速计采用是低g值的传感器MMA7260，它的输出信号非常大，不需要再进行放大（（b）图）。图8中（a）图将陀螺仪5的输出信号放大了10倍左右，并将零点偏置电压调整到工作电源的一半（16.5V）左右。将上述电路单独制作成小的电路板，可以比较方便放置在整个车模中间质心的位置。 

参照图9，由于DSC F8031是3.3V器件，它的IO输出电压最高位3.3V，达不到33886对于高电平必须大于3.5V的要求，所以路中专门设计了5V电源，将33886的驱动信号上拉至5V。由于F8013的IO端口可以容忍5V电压，所以图9的电路便可以使33886的驱动信号电压达到5V。为了提高电源应用效率，驱动电机的PWM波形采用了单极性的驱动方式，因此，每一路电机为了能够实现正反转，都需要两个PWM信号。同时，为了防止电 机输出电流对于电源的冲击，在电路板的电源输入（7.2V）端口并联了一个1000微法电容。 

参照图10，电机速度传感电路使用了固定在电机输出轴上的光码编码盘7以及相互配合的计数器13。由于计数器13直接输出数字脉冲信号，因此可以直接将这些脉冲信号连接到单片机3的计数器端口。 

参照图11，左右两侧的电磁检测电路对道路中心线进行检测，保证智能车车模1始终能够运行在赛道上。 

Claims (5)

1.一种直立式智能车车模直立行走控制器，包括智能车车模（1），智能车车模（1）的后轮（2）上安装两个电机（6），其特征在于，在电机（6）的输出轴上安装有光电编码盘（7），智能车（1）上还安装有单片机（3）、加速度计（4）和陀螺仪（5），在车模前方还安装有两个电磁感应线圈（8）；

其中，加速度计（4）、陀螺仪（5）分别与单片机（3）相连，电磁感应线圈（8）通过电磁线检测电路与单片机（3）相连接，光电编码盘（7）通过速度检测电路连接计算机（3），电机（6）通过电机驱动电路（9）与单片机（3）相连接，单片机（3）上还连接有电源（10）。

2.如权利要求1所述的直立式智能车车模直立行走控制器，其特征在于，所述的单片机（3）的型号为DSC MC56F8031。

3.如权利要求1所述的直立式智能车车模直立行走控制器，其特征在于，所述电机驱动电路（9）中的电机驱动芯片是33886。

4.如权利要求1所述的直立式智能车车模直立行走控制器，其特征在于，所述两个电磁感应线圈（8）均采用10mH的工字型电感。

5.如权利要求1所述的直立式智能车车模直立行走控制器，其特征在于，所述加速度计（4）采用低g值的传感器MMA7260。 

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