CN207173821U - 一种新型寻迹避障平衡车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型寻迹避障平衡车，包括MCU芯片，MCU芯片连接有人机交互模块、驱动控制模块、摄像头DNA采集模块、电源模块和陀螺仪重力加速度计传感器，人机交互模块通过蓝牙串口模块对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节，驱动控制模块控制平衡车的电机运行，陀螺仪重力加速度计模块分别采用MPU3050和MMA8451作为姿态传感器,摄像头DMA采集模块采用OV7725摄像头作为赛道处理和障碍检测传感器，自主构思姿态控制，速度控制和转向控制方案，引导车模按照规定路线识别行进,该自平衡车保持稳定可靠摄像头数据采集准确，提供寻迹避障信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及平衡车技术领域，具体为一种新型寻迹避障平衡车。
背景技术
电动平衡车，又称体感车、摄位车等，是通过传感系统和电机控制，保持车辆平衡状态的电动代步交通。
电动平衡车的设计概念来源于自动平衡式动力轮椅，iBOT。上世纪末，iBOT的开发人之一狄恩卡门创立雅克罗责任有限公司，正式投入平衡车的研发，并于隔年三月投入实际量产。
卡门称，平衡电动车确实不适合用于城市间的长途旅行，但却是市内交通的最佳选择。一般的电动平衡车仅略宽于人体，因此不会造成严重交通拥塞，可让驾驶者灵活穿梭于行人之间，不占车行道。此外，车速相对较慢，其危险指数、能量消耗都比较低(不过，同滑板车和自行车一样，每年赛格威都会卷入为数不少的行人事故纠纷)。
目前大部分市面上的电动平衡车，占道面积等同中等体型人的宽度，因此对于现代拥挤的交通状况来说确实满足最初的设计理念：流畅平顺的人类运输器(Segue HumanTransporter)。
平衡车采用锂电池能量驱动，由普通民用电进行补足，单次充电可保证20-70km的续航里程，最高时速可达20km。
此外，产品大多装配有三到五个精密固态传感仪，配合车辆控制，采用垂直转向设计，比较人体的操作习惯，支撑车把手的铝制杆能调节到不同高度，驾驶者可将夹子固定在杆上，用来携带包或其他物品。相对传统代步工具，电动平衡车的机动性比较强。
现有技术的平衡车控制原理复杂，操作不便，功能单一化，不够智能。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本实用新型提供一种新型寻迹避障平衡车，钙平衡车自平衡车保持稳定可靠，摄像头数据采集准确，提供寻迹避障信息。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型寻迹避障平衡车，包括MCU芯片，所述MCU芯片连接有人机交互模块、驱动控制模块、摄像头DNA采集模块、电源模块和陀螺仪重力加速度计传感器，所述人机交互模块通过蓝牙串口模块对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节，所述驱动控制模块控制平衡车的电机运行，陀螺仪重力加速度计模块分别采用MPU3050和MMA8451作为姿态传感器,所述摄像头DMA采集模块采用OV7725摄像头作为赛道处理和障碍检测传感器，自主构思姿态控制，速度控制和转向控制方案，引导车模按照规定路线识别行进。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电源模块采用7.2V2000mAh Ni-cd电池供电。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电源模块采用TPS76850和TPS76833对各个模块进行供电
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述驱动控制模块采用芯片BTN7971B，向芯片第2引脚输入PWM波就能控制。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述电机单向控制时，让电机一端接地，另一端接BTN7971B第4引脚，电机双向旋转控制，将另一BTN7971B共同组成全桥。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述摄像头DMA采集模块用于采集OV7725摄像头数据和精准中断周期采集加速度计陀螺仪信息，并且加入蓝牙串口模块，便于对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述MCU芯片采用飞思卡尔MKL26Z256VLL4单片机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采用DMA技术来采集OV7725摄像头数据和精准中断周期采集加速度计陀螺仪信息，并且加入蓝牙串口模块，便于对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节，为了消除采集摄像头与加速度计陀螺仪传感器采集时的时序冲突，本实用新型可将DMA摄像头数据采集中断优先级设为最高，保证摄像头采集准确情况下对于自平衡车方向的控制，加速度计陀螺仪信号采集以及平衡速度控制均放在了精准中断中进行操作，保证了平衡的稳定性，自平衡车保持稳定可靠，摄像头数据采集准确，提供寻迹避障信息。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型电源模块电路图；
图3为本实用新型驱动控制模块电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
实施例：
如图1所示，本实用新型提供了一种新型寻迹避障平衡车，包括MCU芯片，所述MCU芯片连接有人机交互模块、驱动控制模块、摄像头DNA采集模块、电源模块和陀螺仪重力加速度计传感器，所述人机交互模块通过蓝牙串口模块对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节，所述驱动控制模块控制平衡车的电机运行，陀螺仪重力加速度计模块分别采用MPU3050和MMA8451作为姿态传感器,所述摄像头DMA采集模块采用OV7725摄像头作为赛道处理和障碍检测传感器，自主构思姿态控制，速度控制和转向控制方案，引导车模按照规定路线识别行进。
所述电源模块采用7.2V2000mAh Ni-cd电池供电系统中3.3V电路功耗较小，考虑到姿态传感器对于电源低纹波的要求，我们决定使用线性稳压芯片。此外，当直流电机在高速运行时的，电池作为一个恒功率源输出电流增大，势必带来输出电压减小。因此，为了提高系统工作的稳定性，我们选择了TPS76850和TPS76833对各个模块进行供电，如图2所示。
所述驱动控制模块采用芯片BTN7971B应用非常简单，只需要向芯片第2引脚输入PWM波就能控制。当系统中只需要单向控制时，只需要让电机一端接地，另一端接BTN7971B第4引脚。如果需要电机双向旋转控制，则需要另一BTN7971B共同组成全桥。由于小车使用双电机，所以我们使用4片BTN7971B构成两个全桥分别控制两个电机，其电路原理图如图3所示。
算法控制介绍：算法控制车模直立控制包括姿态检测、直立PD控制，姿态检测使用加速度计和陀螺仪互补滤波完成，通过PD控制使车模直立。在采集摄像头与加速度计陀螺仪传感器的处理上，本方案创新使用了，DMA采集OV7725摄像头数据，和精准中断周期采集加速度计陀螺仪信息，并且加入蓝牙串口模块，便于对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节。为了消除采集摄像头与加速度计陀螺仪传感器采集时的时序冲突，本方案将DMA摄像头数据采集中断优先级设为最高，保证摄像头采集准确情况下对于自平衡车方向的控制。加速度计陀螺仪信号采集以及平衡速度控制均放在了精准中断中进行操作，保证了平衡的稳定性。
DMA数采集介绍：DMA(Direct Memory Access，直接内存存取)允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU的大量中断负载。否则，CPU需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU对于其他的工作来说就无法使用。
工作原理：DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当CPU初始化这个传输动作，传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。
在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此，存在着一个总线控制权转移问题。即DMA传输前，CPU要把总线控制权交给DMA控制器，而在结束DMA传输后，DMA控制器应立即把总线控制权再交回给CPU。一个完整的DMA传输过程必须经过DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束4个步骤。
所述摄像头DMA采集模块用于采集OV7725摄像头数据和精准中断周期采集加速度计陀螺仪信息，并且加入蓝牙串口模块，便于对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节。
OV7725摄像头选取介绍：
采用小钻风硬件二值化摄像头是逐飞科技针对恩智浦智能车竞赛研发的一款图像采集编程简单，图像处理效果极佳，采集图像速度快且稳定的摄像头。
平衡车结构设计：
为了使重心降低，我们采用了经典的”V”型机械结构，将电池放置在了紧贴车模前方的位置，和车的底盘和电机质量关于车轴对称，并将大部分的器件集中在车模前方，让车模的平衡位置尽量躺倒，这样可以使车模运行时重心更低，更稳定。
本实用新型通过采用DMA技术来采集OV7725摄像头数据和精准中断周期采集加速度计陀螺仪信息，并且加入蓝牙串口模块，便于对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节，为了消除采集摄像头与加速度计陀螺仪传感器采集时的时序冲突，本实用新型可将DMA摄像头数据采集中断优先级设为最高，保证摄像头采集准确情况下对于自平衡车方向的控制，加速度计陀螺仪信号采集以及平衡速度控制均放在了精准中断中进行操作，保证了平衡的稳定性,该自平衡车保持稳定可靠摄像头数据采集准确，提供寻迹避障信息。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：包括MCU芯片，所述MCU芯片连接有人机交互模块、驱动控制模块、摄像头DNA采集模块、电源模块和陀螺仪重力加速度计传感器，所述人机交互模块通过蓝牙串口模块对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节，所述驱动控制模块控制平衡车的电机运行，陀螺仪重力加速度计模块分别采用MPU3050和MMA8451作为姿态传感器,所述摄像头DMA采集模块采用OV7725摄像头作为赛道处理和障碍检测传感器，自主构思姿态控制，速度控制和转向控制方案，引导车模按照规定路线识别行进。
2.根据权利要求1所述的一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：所述电源模块采用7.2V2000mAh Ni-cd电池供电。
3.根据权利要求1所述的一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：所述电源模块采用TPS76850和TPS76833对各个模块进行供电。
4.根据权利要求1所述的一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：所述驱动控制模块采用芯片BTN7971B，向芯片第2引脚输入PWM波就能控制。
5.根据权利要求1所述的一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：所述电机单向控制时，让电机一端接地，另一端接BTN7971B第4引脚，电机双向旋转控制，将另一BTN7971B共同组成全桥。
6.根据权利要求1所述的一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：所述摄像头DMA采集模块用于采集OV7725摄像头数据和精准中断周期采集加速度计陀螺仪信息，并且加入蓝牙串口模块，便于对自平衡车数据采集的检验以及对于自平衡车参数的整定调节。
7.根据权利要求1所述的一种新型寻迹避障平衡车，其特征在于：所述MCU芯片采用飞思卡尔MKL26Z256VLL4单片机。
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Cited By (1)
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| CN110001840A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-07-12 | 浙江工业大学 | 一种基于视觉传感器的多种路况下的两轮自平衡车运动控制方法 |
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| CN110001840B (zh) * | 2019-03-12 | 2021-01-01 | 浙江工业大学 | 一种基于视觉传感器的多种路况下的两轮自平衡车运动控制方法 |
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Granted publication date: 20180403 Termination date: 20210522 |
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