CN207115188U - 一种智能小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种智能小车，包括四轮小车车身、电机驱动模块、红外对管模块、CCD传感器、旋转绝对式编码器以及微处理器。红外对管模块设置在智能小车车头，用于检测小车在行驶时的起跑线、行驶路面的坡道以及障碍物；CCD传感器设置在位于小车车身中心的碳纤维管上，且镜头朝向小车车头前方，用于采集所述小车行驶的路面信息；旋转绝对式编码器设置在电机齿轮上，用于采集所述小车的车轮转速；微处理器与上述各个器件相连，用于控制小车在路面上行驶。根据不同的路况信息随时调整小车的行驶速度，使得小车始终以最大速度稳定的沿着轨道进行行驶，提高了智能小车的运行速度，有利于确保智能小车的安全性以及稳定性。

Description

一种智能小车

技术领域

本实用新型涉及智能控制技术领域，特别是涉及一种智能小车。

背景技术

随着信息技术以及智能控制技术的发展，智能小车在配置自动导引装置后，例如电磁、光学，可以沿设定的引导路径行驶。实现无需驾驶员操作，高效快速运送货物，较于传统的运输设备来说，智能循迹小车可靠性更高，性能更强，适用范围更广。

现有技术中的智能小车，因无法识别路况，在行驶过程中始终维持一个速度，且考虑到突发路况，例如急拐弯，障碍物等等，为了保证智能小车的安全，行驶速度往往较低。对速度要求较高的场合，往往无法适用，一定程度上限制了智能小车的应用范围。

鉴于此，在保证小车稳定性的前提下，如何提高智能小车的运行速度，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种智能小车，在保证小车稳定性的前提下，提高了智能小车的运行速度。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种智能小车，包括四轮小车车身以及电机驱动模块，还包括：

设置在所述小车车头的红外对管模块，用于检测所述小车在行驶时的起跑线、行驶路面的坡道以及障碍物；

设置在位于所述小车车身中心的碳纤维管上，且镜头朝向所述小车车头前方的CCD传感器，用于采集所述小车行驶的路面信息；

设置在电机齿轮上，并与所述小车后轴齿轮相连的旋转绝对式编码器，用于采集所述小车的车轮转速；

与所述CCD传感器、所述红外对管模块以及所述旋转绝对式编码器电连接的微处理器，用于控制所述小车在路面上行驶。

可选的，还包括：

用于固定所述CCD传感器的支撑架，所述支撑架一端与所述小车车身相连，另一端与所述碳纤维管相连。

可选的，所述支撑架为四根碳纤维结构杆。

可选的，所述CCD传感器为面阵CCD传感器，且个数为1个。

可选的，还包括：

用于为所述小车提供电源的电源模块，所述电源模块包括蓄电池及低压差电源管理芯片，所述低压差电源管理芯片用于调整所述蓄电池的供电电压。

可选的，所述低压差电源管理芯片包括LM2940以及AMS1117。

可选的，还包括：

蓝牙调试模块，与所述微处理器相连，用于接收用户输入的指令，通过所述微处理器实时对所述小车进行调试。

可选的，所述电机驱动模块还包括电平转化芯片74LVC245。

可选的，还包括：

电木板，设置在所述小车底盘，用于对所述小车底盘进行加固。

可选的，所述电机驱动模块为集成电机驱动芯片BTN7960。

本实用新型实施例提供了一种智能小车，包括四轮小车车身、电机驱动模块、红外对管模块、CCD传感器、旋转绝对式编码器以及微处理器。红外对管模块设置在智能小车车头，用于检测小车在行驶时的起跑线、行驶路面的坡道以及障碍物；CCD传感器设置在位于小车车身中心的碳纤维管上，且镜头朝向小车车头前方，用于采集所述小车行驶的路面信息；旋转绝对式编码器设置在电机齿轮上，用于采集所述小车的车轮转速；微处理器与上述各个器件相连，用于控制小车在路面上行驶。

本实用新型提供的技术方案的优点在于，通过设置红外对管模块以及CCD传感器，准确识别智能小车运行过程中的路况信息，例如弯道、坡道以及障碍物，根据不同的路况信息随时调整小车的行驶速度，使得小车始终以最大速度稳定的沿着轨道进行行驶，提高了智能小车的运行速度，有利于确保智能小车的安全性以及稳定性。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的智能小车的一种具体实施方式小的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的智能小车的另一种具体实施方式小的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

首先参见图1，图1为本实用新型实施例提供的智能小车在一种具体实施方式下的结构图，本实用新型实施例可包括以下内容：

红外对管模块101、CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)传感器102、旋转绝对式编码器103以及微处理器104。

红外对管模块101设置在智能小车的车头，用于检测智能小车在行驶时的起跑线、行驶路面的坡道以及障碍物。红外对管模块101由红外线发射管和红外线接收管组成，通过红外线发射管发射红外线到反射面，接收管接收到的反射面反射的红外线强度越强，反向电流越大。

对于智能小车在行驶时的起跑线，由于起跑线一般会设置与路面明显不同的颜色的标志物，根据红外对管模块101的检测原理便可判断出何处为起跑线，举例来说，红外对管模块101正对下方，当下方为白色跑道时，反射面反射的红外线较强，接收管接收到的红外线强度也较强，此时判定为没有检测到起跑线；当下方为黑色起跑线时，反射面反射的红外线较弱，接收管接收到的红外线强度也较弱，此时判定为检测到起跑线。

而对于行驶过程中坡道的检测，红外对管模块101位于小车前端并且正对下方，在平整的路面上，红外对管模块101离路面的距离一定，则此时红外对管模块101的接收管的反向电流大小在一个很小的范围内波动，在小车接近坡道(此时小车前轮还没上坡)时，红外对管模块101已在坡道上方，此时红外对管模块101离反射面的距离比在平整赛道时的距离要短，红外对管模块101的接收管能接受到更高强度的红外线，此时判定为遇到坡道。

此外，红外对管模块101还可用于识别停车标志，从而实现自动停车的功能，使得小车更加智能化。

红外对管模块101可准确检测路面路障以及坡道信息，可靠性高，且电路简单，价格便宜，检测速度快，采样周期短。

CCD传感器为一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成一条线直线的器件。由于面阵CCD传感器的具有比线性CCD更优异的性能，故可用面阵CCD传感器102用于采集智能小车行驶的路面信息。

从智能小车的成本以及成像效果综合考虑，CCD传感器102可为面阵CCD传感器，且个数可为1个，当然，也可为多个，但是由于多个面阵CCD传感器大大的增加了成本，而且多个传感器获取多张图像，增加了后续数据处理的时间，但是小车路面信息的图像的精度不需要太高，只要识别路况即可，可见，多个CCD传感器针对本申请的小车没有任何优势。

CCD传感器还可用来检测障碍物，但是，如果使用CCD传感器检测，就需要把CCD的采样频率提高，即把曝光时间缩短，这样做就不能保证CCD传感器每次取样前都能得到充分的曝光时间，特别是在环境稍暗的地方。再者CCD传感器检测起跑线容易出现误判。

具体的，CCD传感器采集回来的数据中获得的信息可包括行驶路面的中心坐标、行驶路面的变化趋势以及特殊行驶路面形式判别。

在一种具体的实施方式中，CCD传感器可为TSL1401CL线性CCD，该传感器由128×1列光电二极管，内部集成了电荷放大器电路，以及像素数据保持功能，可同时集成启动和停止所有像素位。该阵列由128个像素构成，每个像素点都有一个3524.3平方微米的光敏区域。像素之间有8微米间距。内部控制逻辑简化了芯片操作，只需要一个串行输入(SI)信号和一个时钟信号(CLK)就可以完成全部逻辑控制，读取AO口的电压就可以完成数据采集。智能车当采用线性CCD对赛道行驶路程进行数据采集，线性CCD只能采集一行的可视像素，TSL1401的像素数为128，可以看成看到有128个点组成的一行图像。在一定范围内，像素点的电压跟曝光时间成正比。线性CCD数据值大小与曝光时间的联系，选取了10ms作为线性CCD的曝光时间。通过微处理器104接收到CCD传感器采集到的数据并作出判断和处理，由于采集回来的数据并不完全可靠，还存在有杂点，以及光线不均匀造成的错误数据，因此，可进行软件上排除干扰因素，对有效数据进行判断和处理。

CCD传感器102可设置在智能小车的主桅上，且CCD的镜头朝向所述小车车头前方。主桅可位于智能小车车身中心。主桅可为碳纤维管。当然，也可为其他材料。由于面阵CCD传感器102的安装位置及高度影响了智能小车所能识别的路径范围，当CCD传感器102安装过低，所需的仰角必须很大才能保证前瞻，而且容易受到反光的干扰。安装过高容易受小车行驶时产生的抖动影响到CCD传感器获取图像，使的图像出错，但可以减少反光的影响。故，可将主桅安装于车身正中间，使重心分布合理，并匹配盲区与前瞻。

此外，为了降低车身重心，且减少CCD传感器102的抖动，可在主桅四周加支撑架，所述支撑架一端与所述小车车身相连，另一端与所述碳纤维管相连，支撑架可包括了四根碳纤维结构杆，当然，也可为其他根数。

旋转绝对式编码器103可作为测速传感器，具体可为日本内密控，100线，性价比高，质量好，而且体积小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，它的示值只与起始和终止位置有关，与测量的中间过程无关。可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。

旋转绝对式编码器103可设置在电机齿轮上，并与所述小车后轴齿轮相连的旋转绝对式编码器，用于采集所述小车的车轮转速。安装时通过齿轮和后轴齿轮相连，检测车轮转速，并且尽量使得传动齿轮轴保持平行，传动部分轻松、流畅，不存在过大噪音和丢数情况。

微处理器104可与CCD传感器102、红外对管模块101以及所述旋转绝对式编码器101电连接，用于控制所述小车在路面上行驶。

微处理器104可为单片机MK60DN512Z，举例来说，首先通过CCD传感器102和红外对管模块101对道路信息进行检测，由MK60DN512Z的接口接收后，进行判断和处理；同时MK60DN512Z内部FTM模块产生PWM，驱动直流电机对智能车进行加速和减速控制，驱动电机可采用PID控制，通过PWM控制驱动电路调整电机的转速；以及伺服舵机对赛车进行转向控制，转向舵机可采用PD算法控制；系统通过采集旋转编码器发出的脉冲信号精确获得智能车的速度，然后经过PID自动控制，完成对智能车速度的闭环控制。通过这些模块相互配合工作，使得智能车能够自主识别赛道，并能以最短时间跑完全程。

为了进一步的提高小车的速度，可在微处理器104中内设轨道中心算法，根据轨道连续的特点提取轨道出中心来处理多种情况轨道，弯道和直道采用不同速度使得小车能以最高速度在轨道上平稳运行。对坡道、弯道、直道进行识别后，当偏差值大于某个设定值，就认为进入弯道了，此时期望速度降低；当偏差值小于某个设定值，就认为进入直道了，此时期望速度提高，使小车能够以最大速度平稳通过各种循线方式的轨道。

在一种具体的实施方式中，智能小车还包括电源模块105，请参阅图2，用于为所述小车提供电源，电源模块105包括蓄电池及低压差电源管理芯片，低压差电源管理芯片用于调整所述蓄电池的供电电压。低压差电源管理芯片包括LM2940以及AMS1117。电源模块105为智能小车其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。智能车中须要接收电源供电的部分有微处理器104、CCD传感器103、电机驱动模块、舵机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路简单等方面进行优化。

当智能小车的电源模块为充电7.2V 2000mAh Ni-cd电池供电，电路的各模块正常工作所需电压不尽相同，故电路应有不同的稳压电路，将电池电压转换成各个模块所需要的电压。智能车使用7.2V镍镉电池供电，在小车行进过程中电池电压会有所下降，故可使用低压差电源管理芯片LM2940。可采用LM2940和AMS1117两个种类的芯片作为电源模块的调节芯片，分别为5V稳压芯片和3.3V稳压芯片。电机需要的5.6V电压也是有5V稳压芯片产生，做法是在接地处串联一个二极管，把芯片的参考电压拉高为一个二极管正向导通压降0.6V左右，这样便能用5V的稳压芯片产生5.6V的电压。

为了使智能小车更加平稳的行驶，还可包括：

电木板106，设置在智能小车底盘，用于对所述小车底盘进行加固。

在保证顺利通过坡道的前提下，底盘尽量降低，从整体上降低模型车的重心，防止车辆在高速行驶时出现侧翻，侧滑等失控现象，并且用PCB板对底盘进行加固使模型车转弯时更加稳定、高速。对于底盘加固，可使用小车原装连接支架、或使用硬度较高的玻纤板、或使用质地柔软的薄亚克力板和硬度中等的电木板。经过多次试验，优选的，可采用电木板，固定效果好。有利于提高智能小车的可靠性以及稳定性。

在另外一种实施方式中，请参阅图2，所述智能小车还可包括蓝牙调试模块107，用于进行调试。可用蓝牙调试对智能小车进行大量测试，最终得出了解决干扰以及不适应等问题的方案，使小车以最佳的路线和速度在轨道上行驶。利用蓝牙调试模块可通过接收用户的指令，通过微处理器对小车进行实时调试。进一步保证小车的可靠性以及稳定性。

在智能小车的各个模块都固定了之后，需要进一步的调试，如何得到合适的PID参数，其中主要是对舵机的PID参数以及电机的PID参数进行测试，可采用蓝牙模块来进行无线调试，可以通过在上位机改变PID参数，用蓝牙模块发送，就不必每次都烧录程序，极大增加了调试效率。有利于提高智能小车的可靠性以及稳定性。

当然，不可避免的，所述智能小车包括电极驱动模块108，所述电机驱动模块108在一种具体的实施方式下可采用集成电机驱动芯片；还可用N沟道MOSFET和专用栅极驱动芯片设计。在一种具体的实施方式中，本申请的电极驱动模块可采用第一种集成电机驱动芯片BTN7960，并用电平转化芯片74LVC245来隔离电平和增强单片机驱动能力。

可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述智能小车可包括：

显示模块109，用于显示当前小车的车速以及行驶路面的路况信息。显示模块可包括按键模块以及显示屏LCD5110。且可用于在蓝牙调试模块107进行调试时能方便调节参数和显示小车信息，其中，按键可为四个，且四个按键集成红外对管模块中，LCD5110可集成在最小系统转接板上。增加显示模块109，有利于提升用户使用体验，以及智能小车的智能化。

需要说明的是，智能小车的各个模块可分开做板，分别安装在小车不同位置，这样做能方便维护小车，当一块板出现问题时可单独解决。具体是驱动板和电源管理板安装在电机上方，主控板安装在舵机上方，这样做既能平均整车的重心，又能减少所需杜邦线的总长度。红外对管模块则安装在小车前方，方便检测起跑线和坡道。

由上可知，本实用新型实施例通过设置红外对管模块以及CCD传感器，准确识别智能小车运行过程中的路况信息，例如弯道、坡道以及障碍物，根据不同的路况信息随时调整小车的行驶速度，使得小车始终以最大速度稳定的沿着轨道进行行驶，提高了智能小车的运行速度，有利于确保智能小车的安全性以及稳定性。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本实用新型所提供的一种智能小车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能小车，包括四轮小车车身以及电机驱动模块，其特征在于，还包括：

设置在所述小车车头的红外对管模块，用于检测所述小车在行驶时的起跑线、行驶路面的坡道以及障碍物；

设置在位于所述小车车身中心的碳纤维管上，且镜头朝向所述小车车头前方的CCD传感器，用于采集所述小车行驶的路面信息；

设置在电机齿轮上，并与所述小车后轴齿轮相连的旋转绝对式编码器，用于采集所述小车的车轮转速；

与所述CCD传感器、所述红外对管模块以及所述旋转绝对式编码器电连接的微处理器，用于控制所述小车在路面上行驶。

2.根据权利要求1所述的智能小车，其特征在于，还包括：

用于固定所述CCD传感器的支撑架，所述支撑架一端与所述小车车身相连，另一端与所述碳纤维管相连。

3.根据权利要求2所述的智能小车，其特征在于，所述支撑架为四根碳纤维结构杆。

4.根据权利要求1所述的智能小车，其特征在于，所述CCD传感器为面阵CCD传感器，且个数为1个。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的智能小车，其特征在于，还包括：

用于为所述小车提供电源的电源模块，所述电源模块包括蓄电池及低压差电源管理芯片，所述低压差电源管理芯片用于调整所述蓄电池的供电电压。

6.根据权利要求5所述的智能小车，其特征在于，所述低压差电源管理芯片包括LM2940以及AMS1117。

7.根据权利要求6所述的智能小车，其特征在于，所述电机驱动模块包括电平转化芯片74LVC245。

8.根据权利要求7所述的智能小车，其特征在于，还包括：

电木板，设置在所述小车底盘，用于对所述小车底盘进行加固。

9.根据权利要求8所述的智能小车，其特征在于，所述电机驱动模块为集成电机驱动芯片BTN7960。