CN205469478U - 一种新型智能平衡车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种新型智能平衡车，其包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有一控制板、第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块，第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块与控制板双向连接；控制板至少包括马达、驱动电路以及信号检测电路，驱动电路的输入端接于信号检测电路的输出端，驱动电路的输出端接于马达的输入端。控制板的信号检测电路接收第一姿态板和第二姿态板的姿态信号，并根据该姿态信号来通过驱动电路控制马达的前进、后退、左转、右转动作；同时控制板通过WiFi模块和带有WiFi功能的智能终端通信，把控制、状态数据往服务器上传，或者接收服务器或智能终端下发的控制数据。

Description

一种新型智能平衡车

技术领域

本实用新型涉及一种方便的交通工具装置，尤其是能够代步、绿色环保的智能平衡车。

背景技术

智能平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等。市场上主要有独轮和双轮两类。其运作原理主要利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。智能平衡车的时尚特性，这点从外观上可以一目了然的看到。另外，它能够被大众所接受还因为其方便易学、老少皆宜的特点。一般正常情况下，通过短时间的练习，基本上绝大多数人都可以掌握其特性。另外，智能平衡车确实为我们的生活提供了多种便利，不仅可以强身健体，也可以玩一些花式动作作为娱乐节目，并且几乎不受任何的场地、气候等一些外在因素所影响和限制。另外，智能平衡车操作简单方便，又不会像自行车一样容易翻车导致危险，因此被各种人群广泛喜爱和使用。

目前市面上出现的平衡车主要是单机系统，只能受本地控制，而不能实现联网并通过云端进行统筹控制，不能满足某些特殊场合的应用。另外，现有的平衡车为了实现平衡控制，一般体积大，重量大，给用户的搬运带来很大的困扰。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种新型智能平衡车，其采用锂电电力驱动，噪音小，碳零排放、采用动力转换技术，从而实现体积小、重量轻的目的；同时，还通过对其电路的改进，使其实现智能连接并且和云端交换数据的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种新型智能平衡车，包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有一控制板、第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块，第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块与控制板双向连接；控制板至少包括马达、驱动电路以及信号检测电路，驱动电路的输入端接于信号检测电路的输出端，驱动电路的输出端接于马达的输入端。控制板的信号检测电路接收第一姿态板和第二姿态板的姿态信号，并根据该姿态信号来通过驱动电路控制马达的前进、后退、左转、右转动作；同时控制板通过WiFi模块和带有WiFi功能的智能终端通信，把控制、状态数据往服务器上传，或者接收服务器或智能终端下发的控制数据。

另外，为了进一步方便用户使用，绝缘外壳内还设有蓝牙模块，蓝牙模块与控制板双向连接，使该新型智能平衡车可实现蓝牙音箱功能。

进一步的，控制板包括MCU控制单元、供电单元、按键单元、左轮MOSFET驱动单元、右轮MOSFET驱动单元、马达、GPIO输入输出单元；按键单元的输出端接于MCU控制单元的输入端，左轮MOSFET驱动单元和右轮MOSFET驱动单元的输入输出端与MCU控制单元双向连接，左轮MOSFET驱动单元和右轮MOSFET驱动单元的输出端接于马达的输入端；GPIO输入输出单元与MCU控制单元双向连接；供电单元为上述模块供电。

为了方便数据传输，该控制板还进一步设有左轮UART传输单元、右轮UART传输单元，左轮UART传输单元和右轮UART传输单元的输入输出端接于MCU控制单元的输入输出端。

作为一个可行的方案，所述第一姿态板和第二姿态板包括第二MCU控制单元、供电模块、光电开关采集单元、UART数据传输单元和MEMS数据采集单元，光电开关采集单元的输出端接于第二MCU控制单元的输入端，UART数据传输单元和MEMS数据采集单元与第二MCU控制单元双向连接；供电模块为上述模块进行供电。

为了进一步方便用户使用，该第一姿态板和第二姿态板还包括状态指示灯单元，状态指示灯单元的输入端接于第二MCU控制单元的输出端。

进一步的，作为一个可行的方案，所述WiFi模块采用型号为RTL8711的芯片实现，从而实现与智能终端互联。

进一步的，作为一个可行的方案，控制板的MCU控制单元可采用型号为GD32F103RCT6的芯片实现。

进一步的，作为一个可行的方案，姿态板的第二MCU控制单元采用型号为GD32F103C8T6的芯片实现，其MEMS数据采集单元采用Freescale的MPU6050芯片实现。

进一步的，绝缘外壳内还设有两个PCB灯板：L叶形板和R叶形板。其中，L叶形板是指装配在左边的叶子形状的PCB灯板，PCB灯板上设有若干个LED灯珠，例如具有8颗蓝色LED。R叶形板指的是装配在右边的叶子形状的PCB灯板，PCB灯板上设有若干个LED灯珠，例如具有8颗蓝色LED。

进一步的，绝缘外壳内还设有两个指示灯模块：电机显示指示灯和姿态板状态指示灯，例如电机显示指示灯采用具有4个LED的灯板实现，其中，2颗红色LED显示错误警示，2颗绿色LED灯显示正常状态；姿态板状态指示灯采用具有6个LED的灯板实现，其中，2颗绿色LED，用以指示电池电量状态为正常，另两颗红色LED用以提示电池电量过低，剩下的2颗橙色LED用以在充电的时候指示充电状态。

本实用新型的新型智能平衡车采用WiFi模块以及蓝牙模块，可实现与智能终端以及远端的服务器互联，从而实现联网并通过云端进行统筹控制，可满足某些特殊场合的应用。同时，该本实用新型采用一块控制板两个姿态板实现，实现体积小、重量轻的有益效果。另外，该新型智能平衡车可以休闲、娱乐、短途代步，绿色环保安全出行，具有很好的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的控制板的电路原理框图；

图2是本实用新型的姿态板的电路原理框图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型的一种新型智能平衡车，包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有一控制板、第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块，第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块与控制板双向连接；控制板至少包括马达、驱动电路以及信号检测电路，驱动电路的输入端接于信号检测电路的输出端，驱动电路的输出端接于马达的输入端。控制板的信号检测电路接收第一姿态板和第二姿态板的姿态信号，并根据该姿态信号来通过驱动电路控制马达的前进、后退、左转、右转动作；同时控制板通过WiFi模块和带有WiFi功能的智能终端通信，把控制、状态数据往服务器上传，或者接收服务器或智能终端下发的控制数据。

另外，为使该新型智能平衡车可实现蓝牙音箱功能，绝缘外壳内还设有蓝牙模块，蓝牙模块与控制板双向连接，

参见图1，本实用新型的控制板包括MCU控制单元、供电单元、按键单元、左轮MOSFET驱动单元、右轮MOSFET驱动单元、马达、GPIO（General Purpose Input Output，通用输入/输出）输入输出单元、左轮UART传输单元和右轮UART传输单元；按键单元的输出端接于MCU控制单元的输入端，左轮MOSFET驱动单元和右轮MOSFET驱动单元的输入输出端与MCU控制单元双向连接，左轮MOSFET驱动单元和右轮MOSFET驱动单元的输出端接于马达的输入端；GPIO输入输出单元与MCU控制单元双向连接；左轮UART传输单元和右轮UART传输单元的输入输出端接于MCU控制单元的输入输出端；供电单元为上述模块供电。

作为一个具体的实现方案，该控制板可采用一块带有左右mosfet驱动电路驱动马达和信号检测输入的板子来实现，该控制板整个输出最大功率为500W，其中左右两边各最大输出250W来控制马达。

本实施例中，第一姿态板功能：采集传感器数据，接收控制板指令，显示电机状态和转向状态提示；第二姿态板功能：采集传感器数据，接收控制板指令，显示电池电量和充电状态和转向状态提示。第一姿态板和第二姿态板用于采集左右两边的姿态信号，两个姿态板可以采用相同的构造实现。具体的，参见图2，第一姿态板和第二姿态板包括第二MCU控制单元、供电模块、光电开关采集单元、UART数据传输单元、MEMS数据采集单元和状态指示灯单元，光电开关采集单元的输出端接于第二MCU控制单元的输入端，UART数据传输单元和MEMS数据采集单元与第二MCU控制单元双向连接；状态指示灯单元的输入端接于第二MCU控制单元的输出端；供电模块为上述模块进行供电。MEMS数据采集单元可采用MEMS传感器来实现。第一姿态板和第二姿态板是通过第二MCU控制单元采集MEMS传感器的数据，从而获得角速度和加速度值，然后经过运算后传给控制板，作为控制板驱动马达的参数。

WiFi模块作为桥梁，可以把控制和状态信息传递给服务器，并到达智能终端设备（该智能终端设备带有WiFi功能）；也可以是智能终端设备把控制信息传到WiFi模块，再到WiFi模块把数据送到控制板的MCU控制单元。

作为一个较佳的方案，绝缘外壳内设有一控制板、第一姿态板、第二姿态板、一L叶形板、一块R叶形板、一块4灯板、一块6灯板、一块WiFi模块、两个带霍尔三相无刷电机。控制板上具有两组驱动三相无刷电机的电路和两组检测霍尔传感接口，通过电缆连接到霍尔三相无刷电机接口；同时控制板具有两组UART接口，其中一组通过电缆连接到第一姿态板的UART接口，另一组通过电缆连接到第二姿态板的UART接口。控制板功能是采集两个姿态板数据（接收姿态板数据和发送电池，电机，充电状态），驱动电机，采集电机数据，检查电池状态，检测充电状态等。WIFI模块可以跟手机终端进行通信，上传或者下行数据，用于控制和采集状态信息。

L叶形板、R叶形板、4灯板、6灯板受控制板控制，能够根据不同状态，显示不同颜色，不同闪烁功能。L叶形板功能：显示左转弯状态；R叶形板功能：显示右转弯状态；其中，L叶形板是指装配在左边的叶子形状的PCB灯板，PCB灯板上设有若干个LED灯珠，例如具有8颗蓝色LED。R叶形板，指的是装配在右边的叶子形状的PCB灯板，PCB灯板上设有若干个LED灯珠，例如具有8颗蓝色LED。4灯板和6灯板作为指示灯模块，分别用作电机显示指示灯和姿态板状态指示灯，4灯板功能显示正常或错误状态，6灯板功能：显示电池电量和充电状态。例如电机显示指示灯采用具有4个LED的灯板实现，其中，2颗红色LED显示错误警示，2颗绿色LED灯显示正常状态；姿态板状态指示灯采用具有6个LED的灯板实现，其中，2颗绿色LED，用以指示电池电量状态为正常，另两颗红色LED用以提示电池电量过低，剩下的2颗橙色LED用以在充电的时候指示充电状态。

第一姿态板和第二姿态板通过MEMS传感器采集角速度和加速度数据，并传输给控制板。控制板通过判断人体姿态来控制马达的前进、后退、左转、右转动作；同时控制板通过WiFi模块和智能终端通信，把控制、状态数据往服务器上传，或者接收服务器或智能终端下发的控制数据。具体的，第一姿态板：上面通过IIC总线连接到MEMS传感器件，用以读取传感器数据；第一姿态板上有两组LED接口，分别驱动L叶形板和4灯板；第二姿态板：上面通过IIC总线连接到MEMS传感器件，用以读取传感器数据；第二姿态板上有两组LED接口，分别驱动R叶形板和6灯板。L叶形板、R叶形板、4灯板、6灯板受控制板控制，能够根据不同状态，显示不同颜色，不同闪烁功能。其受控于控制板和姿态板。

其中，控制板的MCU控制单元可采用型号为GD32F103RCT6的芯片实现，该芯片的内核是ARM 32位的Cortex™-M3 CPU，高达72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1)单周期乘法和硬件除法。存储器：从64K字节的闪存程序存储器，高达20K字节的SRAM。WiFi模块采用RTL8711芯片，实现与智能终端互联。

姿态板的第二MCU控制单元采用型号为GD32F103C8T6的芯片实现，其MEMS数据采集单元采用Freescale的MPU6050芯片实现。另外，姿态板带有两个光耦，用来检测人体是否站在智能平衡车的上面。

马达的驱动电路精心设计，该电路驱动300w的功率电机，采用8路PWM控制车的运行状态。其中细节如下说明：在其中一路驱动中，上下臂功率驱动管采用N型沟道MOSFET，上臂由3只三极管、一只二极管、一只储能电容组成驱动电路。上臂有自举功能，这样可以提供稳定的高电压值给上臂驱动管。下臂同样使用了3只三极管组成驱动电路。上下臂的信号输入是互补型PWM。另外电流检测电路由采样电阻和运放电路组成。

本实用新型采用ST 公司的高速运算32 位CPU，使用FR4 高等级防燃烧PCB 基板，内置高精度6 轴陀螺仪检测，配合复杂的运动姿态算法组成的智能平衡车系统，它能根据人体的不同姿态进行智能调整，以达到平衡身体的效果；行驶速度可达到12KM/H，续航能力根据不同的路况，充电一次可达到15－25KM 距离不等；具有超速报警功能；低电提示功能；采用高亮度LED 显示直行，左转，右转状态；具有自动侦测故障及故障报警功能；兼容市面上大部分6.5inch，8inch，10inch 的公模外壳，如经典款，变形金刚等等。

另外，本实用新型具有很好的扩展性，例如可实现机器视觉物体识别跟随功能：通过软件（投票、图像扩散、自适应）算法识别要跟随的人或者物；同时根据人声的不同意思来做不同的动作；再例如障碍物避让功能；再例如VDR人声识别功能等等。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型智能平衡车，其特征在于：包括绝缘外壳，绝缘外壳内设有一控制板、第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块，第一姿态板、第二姿态板和WiFi模块与控制板双向连接；控制板至少包括马达、驱动电路以及信号检测电路，驱动电路的输入端接于信号检测电路的输出端，驱动电路的输出端接于马达的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：绝缘外壳内还设有蓝牙模块，蓝牙模块与控制板双向连接，使该新型智能平衡车可实现蓝牙音箱功能。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：控制板包括MCU控制单元、供电单元、按键单元、左轮MOSFET驱动单元、右轮MOSFET驱动单元、马达和GPIO输入输出单元；按键单元的输出端接于MCU控制单元的输入端，左轮MOSFET驱动单元和右轮MOSFET驱动单元的输入输出端与MCU控制单元双向连接，左轮MOSFET驱动单元和右轮MOSFET驱动单元的输出端接于马达的输入端；GPIO输入输出单元与MCU控制单元双向连接；供电单元为上述模块供电。

4.根据权利要求3所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：该控制板还设有左轮UART传输单元、右轮UART传输单元，左轮UART传输单元和右轮UART传输单元的输入输出端接于MCU控制单元的输入输出端。

5.根据权利要求3所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：所述MCU控制单元可采用型号为GD32F103RCT6的芯片实现。

6.根据权利要求1或2所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：所述第一姿态板和第二姿态板包括第二MCU控制单元、供电模块、光电开关采集单元、UART数据传输单元和MEMS数据采集单元，光电开关采集单元的输出端接于第二MCU控制单元的输入端，UART数据传输单元和MEMS数据采集单元与第二MCU控制单元双向连接；供电模块为上述模块进行供电。

7.根据权利要求6所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：该第一姿态板和第二姿态板还包括状态指示灯单元，状态指示灯单元的输入端接于第二MCU控制单元的输出端。

8.根据权利要求6所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：所述第二MCU控制单元采用型号为GD32F103C8T6的芯片实现。

9.根据权利要求6所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：所述MEMS数据采集单元采用MPU6050芯片实现。

10.根据权利要求1所述的一种新型智能平衡车，其特征在于：所述WiFi模块采用型号为RTL8711的芯片实现。