CN208126197U - 一种无人小车控制系统及无人小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人小车控制系统及无人小车，该无人小车控制系统包括：用于发出控制指令的主控制器电路；用于对行走电机进行控制的电机驱动模块，与主控制器电路电连接；用于探测障碍物并根据探测结果向主控器电路发送输入数据的障碍物探测设备，与主控制器电路电连接；用于根据接收到的人体红外的强弱将输出的电压经过运放调理后发送输入数据至主控器电路的红外光强信号调理电路，与主控制器电路电连接；用于探测人体红外线的多个红外线传感器，与外光强信号调理电路电连接。该无人小车可进行红外光追踪，并按照光强优先的原则，对追踪目标进行选取；该无人小车通过红外传感器、超声波探测器、红外夜视摄像头等设备，能够准确地对所处的环境进行判断，通过单片机对驱动电机和舵机发出的运动指令，实现精确的速度和转向控制。

Description

一种无人小车控制系统及无人小车

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，更具体的，尤其涉及一种无人小车控制系统及无人小车。

背景技术

上世纪90年代，环境信息传感器和信息处理技术蓬勃发展，智能小车开始开拓各个领域的应用，向实用化前进。

我国在无人小车开发方面比较晚，但目前该理论比较成熟，比如智能无人AGV搬运小车以及红外式反射自主循迹导航小车的开发。成都理工大学对无人小车的研制中，其重要的关键技术是红外反射光电传感器，在此项研究当中，传感器的数量少因而导致计算以及控制比较简练，减少了对于信号的控制量，红外追踪无人小车会安装有十个红外反射式光电传感器，选用运算放大电器，通过对光电传感器信号进行放大然后输送到单片机进行分析、处理、判断再进行驱动、引导。

并且，智能小车机器人对环境必须具有一定的感知能力，如何能够让智能无人小车能够对于外界环境进行感知、判断和准确的描述外界变化的环境是高级智能机器人和智能移动机器人开发平台所面临的一大技术难题，也是智能机器人研究的热点。

鉴于此，提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于公开一种无人小车控制系统及无人小车，用于解决现有技术中智能小车机器人对环境感知能力不够所带来的一系列问题。

为达上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供一种无人小车控制系统，并采用如下技术方案:

一种无人小车控制系统包括：用于根据接收到的输入数据发出控制指令的主控制器电路；用于根据接收到的所述控制指令对行走电机进行控制的电机驱动模块，所述电机驱动模块与所述主控制器电路电连接；用于探测障碍物并根据探测结果向所述主控器电路发送输入数据的避障超声波探测器，所述避障超声波探测器与所述主控制器电路电连接；用于根据接收到的人体红外的强弱将输出的电压经过运放调理后发送输入数据至所述主控器电路的红外光强信号调理电路，所述红外光强信号调理电路与所述主控制器电路电连接；用于探测人体红外线的多个红外线传感器，所述红外线传感器与所述红外光强信号调理电路电连接。

进一步地，所述的无人小车控制系统还包括：用于采集外部环境的摄像设备，所述摄像设备与无人小车的供电系统电连接。

进一步地，所述的无人小车控制系统还包括：用于对无人小车进行定位的定位模块，所述定位模块与无人小车的供电系统电连接。

进一步地，所述的无人小车控制系统还包括：用于与上位机或外部终端进行通信的无线通信模块，所述无线通信模块与所述主控制器电路电连接。

进一步地，行走电机包括：用于分别驱动两个后轮同速转动、差速转动及反向转动的两台行走电机；以及用于驱动前轮转向的一台舵机。

进一步地，所述的无人小车控制系统还包括：用于获取无人小车行进速度的测速模块，即将所述行走电机的转速信号进行编码后发送至所述主控制器电路的光电编码器，所述光电编码器分别与所述行走电机与所述主控制器电路电连接。

根据本实用新型的另外一个方面，提供一种无人小车，并采用如下技术方案：

一种无人小车包括上述的无人小车控制系统。

本实用新型通过设置避障超声波探测器与红外光强信号调理电路，充分对外界环境进行感知，并通过设置主控制器电路对输入的外界环境进行处理，判断，发出控制指令对无人小车进行速度及方向的控制。实现了在无人干预情况下的运动及其它相关功能，可应用于人工智能勘探、侦察、抢险救灾等各种环境中。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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所述的无人小车控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1为本实用新型实施例所述的无人小车控制系统的结构示意图。

参见图1所示，一种无人小车控制系统包括：用于根据接收到的输入数据发出控制指令的主控制器电路1；用于根据接收到的所述控制指令对行走电机3进行控制的电机驱动模块2，行走电机3中包括舵机4。所述电机驱动模块2与所述主控制器电路1电连接；用于探测障碍物并根据探测结果向所述主控器电路1发送输入数据的避障超声波探测器5，所述避障超声波探测器5与所述主控制器电路1电连接；用于根据接收到的人体红外的强弱将输出的电压经过运放调理后发送输入数据至所述主控器电路1的红外光强信号调理电路6，所述红外光强信号调理电路6与所述主控制器电路1电连接；用于探测人体红外线的多个红外线传感器，图1中为8个方向红外传感器，所述红外线传感器与所述红外光强信号调理电路6电连接。

在本实施例的上述技术方案中，采用主控制器电路1对整个系统的模块进行分布式的控制，即利用无人小车所实现的功能进行分析并且分解成几个模块，每一模块进行相应的控制，各个模块各尽其能又相辅相成共同实现控制最终达到小车的行驶以及转向和实现对于红外光源的追踪。其中，电机驱动模块2就是通过主控制器电路1进行控制，并负责对行走电机3及舵机4进行控制。

具体的，避障超声波探测器5利用的是超声测距技术，超声测距原理如下：首先超声波发生器发出超声波，该超声波将向着坐标系内不同圆心坐标点位置发射超声波，超声波在空气中传播，当遇到障碍物后将立即反射，发射波将通过小车车载接收器进行接收，小车记录从超声波发出到收到的总时间t，最后根据超声波在空气介质中传播速度*超声波从发出到接受所用的总时间等于发射端与小车的距离进行计算。

在避障超声波探测器5的选用上，选择HC-SR04超声波传感器，该传感器供电电源为5V，工作静态电流小于2mA，感应角度不大于15°，探测距离在2到450cm之间，探测精度可达0.3cm。

HC-SR04超声波模块的工作时序如下：

首先超声波模块进行初始化，拉低TRIG，紧接着再给出一个时间周期为10微妙的高电平信号，该信号将作为第一个触发信号，在该触发信号发出之后紧接着超声波模块将连续发射8个频率是40KHz的矩形波，与此同时超声波模块智能地检测是否有回波传到模块内，若有回波传到模块内部，此时ECHO引脚将电平拉高。此时总的时间就是高电平拉高的持续时间。因此小车距离＝高电平持续时间×340×0.5。

无人小车在行走过程中，测距模块的测距函数一直处于一个死循环过程中，因此该模块将不停测距，测距数据将实时的返回到主CPU中进行分析-决策小车路径。当小车距离障碍物20cm时，小车将自动地停止前进，在大于20cm时，小车将一直保持前进状态。

8个方向红外传感器7接受人体红外的强弱，输出电压也随之变化，经过红外光强信号调理电路6后，送至主控制器电路1，根据8路采集光强的大小，主控制器进行解算，大致判断红外源的位置。当有多处红外光源时，主控制器向电机发出控制指令，选择光强最强的方向前进。

因此，本实施例通过设置避障超声波探测器与红外光强信号调理电路，充分对外界环境进行感知，并通过设置主控制器电路对输入的外界环境进行处理，判断，发出控制指令对无人小车进行速度及方向的控制。实现了在无人干预情况下的运动及其它相关功能，可应用于人工智能勘探、侦察、抢险救灾等各种环境中。

优选地，所述的无人小车控制系统还包括：用于采集外部环境的摄像设备9，所述摄像设备与无人小车的供电系统电连接。

更具体的，本实施例中的摄像设备采用205IR-IP型号微型无线红外夜视摄像头，能够在黑暗环境中实时监测周围的环境。

205IR-IP型号微型无线红外夜视摄像头具备：

1)摄像头采用的是微型红外夜视摄像头，黑色灯体，940nm波段肉眼不可见红外光，在全黑情况下也可以监控。夜视距离达3至5m。

2)无线WIFI收发数据，和无线路由器连接即可本地、远程监控。

3)支持插卡录像，最大支持32G TF卡。录像占用空间小，32G可以录13天。录满自动覆盖前面的旧文件。

4)电脑只要有网络的情况下，就可以远程实时观看视频，音频。也可以远程调取TF卡里的录像片段。也可以利用本地网络，电脑或手机完成实时监控。

5)具备音频输入输出功能，能够完成与监控点的语音对话。

优选地，所述的无人小车控制系统还包括：用于对无人小车进行定位的定位模块，所述定位模块与无人小车的供电系统电连接。

更具体的，本实施例的无人小车拟采用组合导航定位方式定位模块选用CAX001微型GPS定位模块，该模块采用GPS+基站双模定位，升级款已经采用北斗模块，从而提高了定位器的定位速度以及精准度，超小的体积和重量很适用于本无人小车。可以通过电脑或者手机APP，随时查看智能无人小车的位置与运动轨迹。

优选地，所述的无人小车控制系统还包括：用于与上外机11或外部终端进行通信的无线通信模块，所述无线通信模块与所述主控制器电路1电连接。

具体的，在本实施例中，无线通信模块为WIFI，参加图1所示，通过设置无线通信模块，及时与外部终端进行通信。

优选地，行走电机3包括：分别驱动两个后轮同速转动、差速转动及反向转动的两台电机。

优选地，所述的无人小车控制系统还包括：用于将所述行走电机的转速信号进行编码后发送至所述主控制器电路的光电编码器12，所述光电编码器12分别与所述行走电机3与所述主控制器电路1电连接。

速度的测量在电机控制中起着非常重要的作用，检测的精确性直接影响电机控制的精度。速度的测量方法有多种，如测速发电机、光电式转速传感器、霍尔转速传感器、感应式转速传感器以及旋转变压器式转速传感器等。目前调速系统速度及位置反馈控制中应用较多的是光电编码器。

光电编码器12是一种高精度的数字化检测仪器，它可以通过光电原理，将一个机械装置的角度或者位移量转化为数据串或脉冲信号。它是现代伺服系统广泛应用的角位移或角速度的测量装置。光电编码器12可分为绝对式和增量式。绝对式光电编码器具有输出信号与旋转信号对应的特点，但是精度欠缺，成本高；增量式光电编码器输出脉冲信号，脉冲个数和相对旋转位移相关，与旋转的绝对位置无关，成本更低，并且具有精度高、体积小、响应快、性能稳定等特点。如果预先设置一个基准位置，则可以利用增量式编码器完成绝对式编码器的功能，即测出旋转的绝对位置。

因此，本实用新型公开的无人小车控制系统，即以当有红外光源照射时，无人小车能够进行辨别并进行对红外光源的追踪，根据所要求的工作性能能够完成它所应有的所有指令，包括小车对于红外光的辨别以及前转向与后驱动之间的联系，并且能够同步进行，单片机控制芯片在接收到红外光源的信号输出时，能够进行运算、判断、辨别然后再输出信号对于小车实现控制，即控制小车的三台电机。而在机械部分设计过程当中，最重要的是实现小车的转向以及驱动，而本文无人小车所使用的是前转向后驱动，在设计前转向过程当中提出了两种方案，一种是同步转向，另一种是不同步的转向，通过讨论以及比较优缺点分析得出同步转向能够更好地控制小车以达到小车所需的工作性能，而后驱动则采用的是直流电机进行驱动，而选用直流电机的原因是反应灵敏，能够实时地根据信号做出相应地反应，接下来根据小车性能参数设计了小车的转向机构、驱动机构、控制系统所需要的参数，组成了各个单元，并通过各种方式将其装配到车架上已完成小车结构以及功能，在设计过程当中对其所需要的零部件进行校核以满足其的强度要求，并对其零部件进行合理的选型，计算分析之后，可以得到各项数据均符合使用标准。通过一系列的设计研究与分析，可以得出红外追踪无人小车有以下优点：

(1)转向机构单元所采用的是同步带轮转动，通过舵机的转动控制小车摆臂轮的转动则能够实现小车转向的准确性，而在转向机构中运用了球头连杆以及摆臂轮则能够实现转向的灵活性，通过舵机控制，则小车的即时性能够得到保证。(2)小车转向可以由舵机控制，也可以由后轮驱动电机差速转动来实现，或者两种方式配合工作。此外，在遇到大的障碍等情况时，通过转向无法避让时，后轮驱动电机可进行反转，促使小车后退。小车的驱动电机选用的是直流电机，具有转动力矩大、转速控制好、接口简单等特点，保证了小车的平稳行驶，并具有良好的爬坡和越障能力。

(3)控制系统所选用的是高性能、低功耗的8位AVR微处理器，通过布置在小车四周的8个红外光电传感器检测红外光源并进行光强信号调理，根据不同传感器光强信号的差异，微处理器可实时解算出红外目标的方位，并向电机发出指令，实现小车的转向以及驱动功能，保证了红外目标追踪的准确性、及时性。

综上所述，该红外追踪无人小车的设计合理，使用安全，可靠性高，使用寿命较长，属合格勘察设备。并且在使用过程当中能够对红外光源做出精准的判断，能够及时实现追踪，能够很好的实现人机交互功能。

本实用新型提供的一种无人小车包括上述的无人小车控制系统。

本实用新型通过设置避障超声波探测器与红外光强信号调理电路，充分对外界环境进行感知，并通过设置主控制器电路对输入的外界环境进行处理，判断，发出控制指令对无人小车进行速度及方向的控制。实现了在无人干预情况下的运动及其它相关功能，可应用于人工智能勘探、侦察、抢险救灾等各种环境中。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种无人小车控制系统，其特征在于，包括：

用于根据接收到的输入数据发出控制指令的主控制器电路；

用于根据接收到的所述控制指令对行走电机进行控制的电机驱动模块，所述电机驱动模块与所述主控制器电路电连接；

用于探测障碍物并根据探测结果向所述主控制器电路发送输入数据的避障超声波探测器，所述避障超声波探测器与所述主控制器电路电连接；

用于根据接收到的人体红外的强弱将输出的电压经过运放调理后发送输入数据至所述主控制器电路的红外光强信号调理电路，所述红外光强信号调理电路与所述主控制器电路电连接；

用于探测人体红外线的多个红外线传感器，所述红外线传感器与所述红外光强信号调理电路电连接。

2.如权利要求1所述的无人小车控制系统，其特征在于，还包括：

用于采集外部环境的摄像设备，所述摄像设备与无人小车的供电系统电连接。

3.如权利要求1所述的无人小车控制系统，其特征在于，还包括：

用于对无人小车进行定位的定位模块，所述定位模块与无人小车的供电系统电连接。

4.如权利要求1所述的无人小车控制系统，其特征在于，还包括：

用于与上位机或外部终端进行通信的无线通信模块，所述无线通信模块与所述主控制器电路电连接。

5.如权利要求1所述的无人小车控制系统，其特征在于，行走电机包括：

用于分别驱动两个后轮同速转动、差速转动及反向转动的两台行走电机；以及用于驱动前轮转向的一台舵机。

6.如权利要求1所述的无人小车控制系统，其特征在于，还包括：

用于获取无人小车行进速度的测速模块，即将所述行走电机的转速信号进行编码后发送至所述主控制器电路的光电编码器，所述光电编码器分别与所述行走电机与所述主控制器电路电连接。

7.一种无人小车，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的无人小车控制系统。