CN204406203U - 高速红外循迹小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的高速红外循迹小车，包括底部设置有四个车轮的车架，设置在车架下方与车轮连接的驱动电机，设置在车架上方的控制电路板，安装在控制电路板上的循迹传感器接口、扩展接口、通信模块、电机驱动模块、电源模块及移动电源；所述车架上设置有通过电缆连接在控制电路板上的循迹传感器接口上的红外传感器组件，所述红外传感器组件包括8个两排、非等间隔设置的红外传感器，本实用新型提供的高速红外循迹小车具有循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的优点。

Description

高速红外循迹小车

技术领域

本实用新型涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的高速红外循迹小车。

背景技术

机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域，近年来机器人的智能水平不断提高。智能机器人实现自动导引和避障控制是基于自动导引系统，主动循迹控制系统的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。智能小车可以作为机器人的典型代表，主要功能模块有三部分组成：信号检测、核心控制、电机驱动。

在智能循迹小车的三部分中，（1）信号检测主要包含循迹、测距、避障、目标定位和识别等。在循迹上主要实现的技术手段有光敏电阻检测、光电检测、红外传感器检测、激光传感器检测、CCD图像检测等。光敏电阻检测误差较大，调试不变且受光线影响；激光检测虽可靠稳定，但是体积大、功耗大、价格高；CCD算法复杂，处理器平台高端。该模块中比较普遍的检测方法是红外探测法。（2）核心控制处理器有51单片机系列、飞思卡尔、AVR、STM32、S3C2440等。（3）电机驱动模块主要采用数控电位器调整电动机分压、继电器对电动机的开或关进行控制、达林顿管组成的H型PWM电路等，驱动电路多采用MOS驱动管驱动和集成驱动芯片L298等驱动。随着小车智能化程度提高，在信号检测上采用图像处理和模式识别，实现小车视觉系统，这就要求更高端核心控制处理器，如三星S3C2440，以更快的速度和效率处理复杂算法和在操作系统上运行更加复杂任务并提供有好的界面。在驱动控制更加复杂和多元化，如多轴联动、动作协调等，控制策略也将更先进和复杂。

常见的智能循迹小车通常包括四个车轮，安装在四个车轮上方的车架，设置在车架前端的用于安装红外光电传感器的红外光电传感器检测板，安装在检测板上的8个红外光电传感器，以及安装在车架上方的主控制板、电机控制板、无线通信模块、电源模块，其中电机控制板、无线通信模块、电源模块分别于主控制板之间电连接，安装在测板上的8个红外光电传感器设置在一条直线上，且相邻两个红外光电传感器的间距相同。这种结构导致现有智能小车红外传感器循迹电路的循迹速度慢、控制灵活性差、循迹电路采用路数多性价比低、电路板路数间等间隔布局不合理。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有的红外循迹小车所具有的循迹速度慢，控制灵活性差的问题，而提供一种循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的高速红外循迹小车。

本实用新型采用的技术方案是：

一种高速红外循迹小车，包括底部设置有四个车轮的车架，设置在车架下方与车轮连接的驱动电机，设置在车架上方的控制电路板，安装在控制电路板上的循迹传感器接口、扩展接口、通信模块、电机驱动模块、电源模块及移动电源；所述车架上设置有通过电缆连接在控制电路板上的循迹传感器接口上的红外传感器组件，所述红外传感器组件包括设置车架前端第一红外传感器组和设置在第一红外传感器组后方的第二红外传感器组，其中第一红外传感器组包括6个红外传感器，分别为从左到右、沿一条直线设置的第八红外传感器、第六红外传感器、第二红外传感器、第一红外传感器、第五红外传感器、第七红外传感器，所述第二红外传感器组包括2个红外传感器，从左到右分别为第四红外传感器、第三红外传感器；所述第八红外传感器、第六红外传感器、第二红外传感器、第一红外传感器、第五红外传感器、第七红外传感器所在直线与第四红外传感器、第三红外传感器所在直线平行。

所述第一红外传感器与第二红外传感器之间的间距为d，第一红外传感器与第五红外传感器之间的间距为1.5~2.5d，第二红外传感器与第六红外传感器之间的间距为1.5~2.5d，第五红外传感器与第七红外传感器之间的间距为2~2.5d，第六红外传感器与第八红外传感器之间的间距为2~2.5d，第三红外传感器与第四红外传感器之间的间距为2.5~3.5d；所述第三红外传感器与第四红外传感器之间连线的中点与第一红外传感器与第二红外传感器之间连线的中点正对。

所述控制电路板包括设置在车架上方的底层控制板，以及设置在底层控制板上方的顶层核心控制板，所述循迹传感器接口、扩展接口、通信模块设置在顶层核心控制板上，所述电机驱动模块、电源模块、移动电源设置在底层控制板上。

所述顶层核心控制板采用S3C2440芯片为核心控制器。

所述底层控制板采用ATmega16芯片为核心控制器。

所述顶层核心控制板上还设置有COMS摄像头模块。

所述红外传感器为RPR220光电传感器。

所述通信模块为无线Wifi通信模块。

所述电机驱动模块为L298步进电机电机驱动模块。

本实用新型的有益效果在于：与现有技术相比，两组共8个红外传感器为两排并非等间距排列，相对于更多路循迹，节约了硬件成本和简化了控制算法，同时性能良好，相对于6路、4路循迹，稳定和可靠性更高，循迹速度更快，使小车定位更加准确和循迹速度更快，同时算法也相对简单，大大提高了循迹速度，提高了电路模块的性价比；采用底层控制板与顶层核心控制板相结合的双层控制板形式，能够避免出现驱动电路电流大、干扰严重的问题；顶层核心控制板采用S3C2440芯片为核心控制器进行传感器信息采集、处理和算法策略，便于系统扩展和升级。总之，本实用新型提供的高速红外循迹小车具有循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的优点。

附图说明

图1 是本实用新型提供的高速红外循迹小车的连接结构示意图。

图2是本实用新型提供的高速红外循迹小车的控制系统结构示意图。

图中：1、第一红外传感器；2、第二红外传感器；3、第三红外传感器；4、第四红外传感器；5、第五红外传感器；6、第六红外传感器；7、第七红外传感器；8、第八红外传感器；9、车架；10、循迹传感器接口；11、扩展接口；12、通信模块；13、电机驱动模块；14、电源模块；15、移动电源；16、COMS摄像头模块；17、底层控制板；18、顶层核心控制板。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的高速红外循迹小车。

本实施例所涉及到的前、后、左、右的方位以小车正常行驶时的前部为前方设定，下面结合附图对本实用新型的内容作进一步说明：

如图1所示，一种高速红外循迹小车，包括底部设置有四个车轮的车架9，在车架9下方设置有与车轮连接的驱动电机，在车架9上方设置有控制电路板，该控制电路板包括设置在车架9上方的底层控制板17，以及设置在底层控制板17上方的顶层核心控制板18，其中顶层核心控制板18采用S3C2440芯片为核心控制器，其上设置有循迹传感器接口10、扩展接口11、通信模块12、COMS摄像头模块16，底层控制板17采用AVR类型的ATmega16芯片为核心控制器，其上设置有电机驱动模块13、电源模块14、移动电源15；上述通信模块12为无线Wifi通信模块，电机驱动模块13为L298步进电机电机驱动模块；在车架9上设置有通过电缆连接在顶层核心控制板18上的循迹传感器接口10上的红外传感器组件，该红外传感器组件包括设置车架9前端第一红外传感器组和设置在第一红外传感器组后方的第二红外传感器组，其中第一红外传感器组包括6个红外传感器，分别为从左到右、沿一条直线设置的第八红外传感器8、第六红外传感器6、第二红外传感器2、第一红外传感器1、第五红外传感器5、第七红外传感器7，所述第二红外传感器组包括2个红外传感器，从左到右分别为第四红外传感器4、第三红外传感器3；所述第八红外传感器8、第六红外传感器6、第二红外传感器2、第一红外传感器1、第五红外传感器5、第七红外传感器7所在直线与第四红外传感器4、第三红外传感器3所在直线平行。上述第一红外传感器1与第二红外传感器2之间的间距为d，第一红外传感器1与第五红外传感器5之间的间距为1.5~2.5d，第二红外传感器2与第六红外传感器6之间的间距为1.5~2.5d，第五红外传感器5与第七红外传感器7之间的间距为2~2.5d，第六红外传感器6与第八红外传感器8之间的间距为2~2.5d，第三红外传感器3与第四红外传感器4之间的间距为2.5~3.5d；所述第三红外传感器3与第四红外传感器4之间连线的中点与第一红外传感器1与第二红外传感器2之间连线的中点正对。所述的第一红外传感器1与第二红外传感器2之间的间距d为循迹线宽度，通常为20mm。本实用新型所用到的红外传感器均为RPR220光电传感器。

循迹原理：小车在运动过程中，第一红外传感器1、第二红外传感器2检测两个前轮的位置，第三红外传感器3、第四红外传感器4检测两个后轮的位置。由这四个传感器的位置信息，可以准确的判断出小车的运行速度和倾斜方向，及时快速调整可确保小车循迹行驶。由于四个传感器可以同时检测出前后轮的状态，所以可以预先调整，即在小车在一开始倾斜的时候就开始调整。单排结构只是在小车超过循迹线才开始调整，此时小车倾角较大，调整时间较长同时小车速度下降。与单排传感器循迹相比，此8路红外传感器循迹电路模块速度远高于单排结构循迹。（2）若由于速度过快或者其他原因，使循迹线处于第一红外传感器1、第五红外传感器5之间（或第二红外传感器2、第六红外传感器6之间），甚至第五红外传感器5、第七红外传感器7之间（或第六红外传感器6、第八红外传感器8之间），此时小车前端已偏离循迹线，同样可根据前端第一红外传感器组和后端第二红外传感器组的传感器判断出小车位置，及时减速并快速调整小车到中间循迹线。与单排传感器的结构相比，即使小车偏离循迹线，8路循迹模块依然可判断出小车和迹线的相对位置。在偏离严重的情况下，采用单排结构循迹模块的小车就会偏离循迹线。（3）前排6个传感器非等间隔布局，由中间向外递增。小车正常运动中循迹线在第一红外传感器1、第二红外传感器2中间，且第一红外传感器1、第五红外传感器5之间（第二红外传感器2、第六红外传感器6之间）间距大于第一红外传感器1、第二红外传感器2之间的间距。若循迹过程中发生偏移，循迹线到第一红外传感器1、第五红外传感器5之间（或第二红外传感器2、第六红外传感器6之间），刚偏离时依据小车位置微调，偏离到第五红外传感器5、第七红外传感器7之间（或第六红外传感器6、第八红外传感器8之间）时就要快速PID调整。与单排传感器等间距设置相比，在快速调整时容易过渡，而非等间隔余量更大，调节起来更快速，算法也更简单。所以此8路循迹模块可以大大提高循迹速度，经验证，与普通循迹方式相比，在可靠运行的条件下，循迹速度可提高约1.5倍。

如图2所示，具体实施过程如下：

（1）通过8路红外传感器RPR220采集循迹线信号，经过由LM339构成迟滞比较电路，输出高、低电平信号，表示红外传感器是否在循迹线的正上方。在小车运动过程中，传感器实时采集信息并把信息送给S3C2440处理器。

（2）S3C2440处理器同时采集温度传感器和COMS摄像头图片等其他传感器信息，温度传感器用来测试室温，COMS摄像头用于采集运行路线视频和对障碍物拍照等，并把这些信息通过WIFi网络环境发给上位PC机，同时也可以通过上位机软件或者程序实现对小车的控制。这属于智能小车的扩展功能。

（3）小车处理采集到的信息，根据采集量，按照预先设定的控制策略和算法，输出相应的控制信号。同时通过串口通信和底板下位机通信，把驱动控制信号等信号传给AVR类型的ATmega16处理器，下位机完成电机控制。实现小车的闭路采集反馈控制系统，并实时动态调整，从而实现智能小车的高速循迹。

由以上的具体实施方式可以看出，本实用新型提供的高速红外循迹小车具有循迹速度快、控制灵活性好、循迹电路性价比高、电路板路数间距布局合理的优点。

Claims (9)

1.一种高速红外循迹小车，包括底部设置有四个车轮的车架，设置在车架下方与车轮连接的驱动电机，设置在车架上方的控制电路板，安装在控制电路板上的循迹传感器接口、扩展接口、通信模块、电机驱动模块、电源模块及移动电源；所述车架上设置有通过电缆连接在控制电路板上的循迹传感器接口上的红外传感器组件，其特征在于：所述红外传感器组件包括设置车架前端第一红外传感器组和设置在第一红外传感器组后方的第二红外传感器组，其中第一红外传感器组包括6个红外传感器，分别为从左到右、沿一条直线设置的第八红外传感器、第六红外传感器、第二红外传感器、第一红外传感器、第五红外传感器、第七红外传感器，所述第二红外传感器组包括2个红外传感器，从左到右分别为第四红外传感器、第三红外传感器；所述第八红外传感器、第六红外传感器、第二红外传感器、第一红外传感器、第五红外传感器、第七红外传感器所在直线与第四红外传感器、第三红外传感器所在直线平行。

2.根据权利要求1所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述第一红外传感器与第二红外传感器之间的间距为d，第一红外传感器与第五红外传感器之间的间距为1.5~2.5d，第二红外传感器与第六红外传感器之间的间距为1.5~2.5d，第五红外传感器与第七红外传感器之间的间距为2~2.5d，第六红外传感器与第八红外传感器之间的间距为2~2.5d，第三红外传感器与第四红外传感器之间的间距为2.5~3.5d；所述第三红外传感器与第四红外传感器之间连线的中点与第一红外传感器与第二红外传感器之间连线的中点正对。

3.根据权利要求1所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述控制电路板包括设置在车架上方的底层控制板，以及设置在底层控制板上方的顶层核心控制板，所述循迹传感器接口、扩展接口、通信模块设置在顶层核心控制板上，所述电机驱动模块、电源模块、移动电源设置在底层控制板上。

4.根据权利要求3所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述顶层核心控制板采用S3C2440芯片为核心控制器。

5.根据权利要求3所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述底层控制板采用ATmega16芯片为核心控制器。

6.根据权利要求3所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述顶层核心控制板上还设置有COMS摄像头模块。

7.根据权利要求1所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述红外传感器为RPR220光电传感器。

8.根据权利要求1所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述通信模块为无线Wifi通信模块。

9.根据权利要求1所述的高速红外循迹小车，其特征在于：所述电机驱动模块为L298步进电机电机驱动模块。