CN210515037U - 一种平衡车主控系统、控制系统及平衡车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平衡车主控系统，涉及平衡车控制技术领域，该主控系统包括：主控模块，检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号；蓝牙模块，接收控制信号、与外部蓝牙设备数据通信以及输出蓝牙音频信号；以及驱动电机运行的电机驱动模块，获取平衡车的运动数据的姿态检测模块，与副控系统进行连接的副控接口，为主控系统的各电路模块提供工作电源的供电模块；主控模块与蓝牙模块、电机驱动模块、姿态检测模块连接。该主控系统保证蓝牙模块通讯稳定，简化生产工序，降低制造成本。本实用新型还公开了一种平衡车控制系统和平衡车。平衡车控制系统采用双系统实现对平衡车的控制，主控系统、副控系统分别控制平衡车的一个电机。

Description

一种平衡车主控系统、控制系统及平衡车

技术领域

本实用新型涉及平衡车控制技术领域，尤其涉及一种平衡车主控系统、控制系统及平衡车。

背景技术

平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，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。随着平衡车的快速发展，在代步、健身的基础上，人们提出了更多休闲娱乐方面的功能要求。

现有的平衡车已经实现了无线控制音乐播放和数据数传功能，但是这两种功能分别集成在两块各自独立的PCB板模块上，音频单元需要由主板通过连接线给其供电才能工作，而数字数传单元需要贴在副板的固定焊盘上才能工作，不仅会影响电路的稳定性，而且复杂的走线和繁琐的安装也给生产造成了阻碍。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于通过主控系统集成主控模块、集成数传和蓝牙音频功能的蓝牙模块和供电模块，保证蓝牙模块与主控模块通讯稳定，减少外置的连接线和焊接工序，简化生产工序，降低制造成本，同时主控系统的各个模块均使用供电模块为其供电，确保正常工作，使得信号传输的稳定性更强。

本实用新型的目的之一采用以下技术方案实现：

一种平衡车主控系统，包括：

主控模块，用于检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号；

蓝牙模块，用于接收控制信号、与外部蓝牙设备数据通信以及输出蓝牙音频信号，所述蓝牙模块连接所述主控模块；

电机驱动模块，用于驱动电机运行，所述电机驱动模块连接所述主控模块；

姿态检测模块，用于获取平衡车的运动数据，所述姿态检测模块连接所述主控模块；

副控接口，用于与副控系统进行连接，所述副控接口连接所述主控模块；

供电模块，用于提供工作电源。

进一步地，还包括音频功放模块，用于放大所述蓝牙音频信号，所述音频功放模块与所述蓝牙模块连接。

进一步地，所述供电模块包括第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元，所述第二供电单元连接所述第一供电单元和所述第三供电单元，所述第三供电单元输出的电压给所述主控模块和所述蓝牙模块供电。

进一步地，所述第一供电单元包括使能电路、降压电路和滤波电路，所述使能电路连接所述降压电路，所述降压电路连接所述滤波电路；

所述使能电路用于接收所述主控模块的控制信号，根据所述控制信号控制通电或断电；

所述降压电路用于将电池提供的高压转为低压；

所述滤波电路用于滤除噪声信号。

进一步地，所述使能电路包括电容C24、电阻R86、电阻R84、二极管D8、电阻R85、电阻R81、电阻R80、三极管Q13，电阻R79，接口J1；其中，电阻R86的第一端连接主控模块，电阻R86的第二端连接二极管D8的阳极，电容C24的第一端连接主控模块，电容C24的第二端接地，电阻R84的第一端连接二极管D8的阳极，电阻R84的第二端接地，二极管D8的阳极连接接口J1的一个端口，接口J1的另一个端口连接电阻R79的一端，电阻R79的另一端接地，电阻R85的第一端连接二极管D8阴极，电阻R85的第二端连接三极管Q13的基极，电阻R80的第一端连接主控模块，电阻R80的第二端连接三极管Q13基极，电阻R81的第一端连接三极管Q13基极，电阻R81的第二端连接三极管Q13发射极，且所述三极管Q13的发射极接地。

进一步地，所述使能电路还包括三极管Q10、电阻R77、电阻R78、电阻R92、电阻R93、电阻R94、电阻R82；其中，电阻R77的第一端连接三极管Q13集电极，电阻R77的第二端连接三极管Q10基极，电阻R78的第一端连接三极管Q10基极，电阻R78的第二端连接三极管Q10发射极，三极管Q10的发射极连接至电源VA，电阻R92的第一端连接三极管Q10的集电极，电阻R92的第二端连接电阻R93的第一端，电阻R93的第二端连接主控模块，电阻R94的第一端连接主控模块，电阻R94的第二端接地；电阻R82第一端连接三极管Q10的集电极，电阻R82第二端连接所述降压电路。

进一步地，所述降压电路包括：降压芯片U12、电阻R83、电阻R46、电阻R90、电容C91、二极管D20、电感L2、电容C89、电阻R88和电阻R87；所述电阻R83的第一端连接降压芯片U12的引脚1，电阻R83的第二端连接降压芯片U12的引脚2，电阻R46的第一端连接降压芯片U12的引脚3，电阻R46的第一端连接降压芯片U12的引脚4，且所述降压芯片U12的引脚4接地，电阻R90的第一端连接降压芯片U12的引脚7，电阻R90的第二端连接电容C91的第一端，电容C91的第二端连接降压芯片U12的引脚8，二极管D20的阴极连接降压芯片U12的引脚8，且二极管D20的阳极接地，电容C89的第一端、电阻R88的第一端和降压芯片U12的引脚4连接，电容C89的第二端、电阻R88的第二端和降压芯片U12的引脚5连接，电阻R87的第一端连接降压芯片U12的引脚4，电阻R87的第一端接地，电感L2的第一端连接降压芯片U12的引脚5，电感L2的第二端连接降压芯片U12的引脚8；电感L2用于将降压芯片U12输出的高频周期信号转换为直流信号。

进一步地，所述平衡车主控系统还包括：

刹车检测模块，用于检测电机驱动模块电流，所述刹车检测模块连接所述电机驱动模块和所述主控模块；

电流检测模块，用于检测电机运行电流，所述电流检测电路连接所述电机驱动模块和所述主控模块。

进一步地，所述刹车检测模块包括：电容C29、电阻R110、电阻R109、三极管Q1和电阻R108；电容C29的第一端连接主控模块，电容C29的第二端接地，电阻R110的第一端连接主控模块，电阻R110的第二端连接三极管Q1的集电极，电阻R109的第一端连接电源VD，电阻R109的第二端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，电阻R108的第一端连接三极管Q1的基极，电阻R108的第二端连接所述电机驱动模块。

进一步地，所述平衡车主控系统还包括：

充电检测模块，用于检测充电情况，所述充电检测模块连接所述主控模块；

电机编码采样模块，用于检测电机运行情况，所述电机编码采样模块连接所述主控模块。

进一步地，所述姿态检测模块包括陀螺仪，用于检测平衡车车体的角速度和加速度。

本实用新型的目的之二在于通过平衡车控制系统包括一个主控系统和一个副控系统，由主控系统控制平衡车的一个电机，副控系统控制平衡车的另一个电机，实现对平衡车的控制。

本实用新型的目的之二采用以下技术方案实现：

一种平衡车控制系统，包括权利要求1至11中任一项所述的平衡车主控系统，用于控制平衡车的一个电机。

进一步地，所述平衡车控制系统还包括：

副控系统，用于控制平衡车的另一个电机，所述副控系统与所述主控姿态连接；

外围器件，用于接收主控系统和/或副控系统发送的控制信号并执行相应功能。

进一步地，所述副控系统包括：

副控模块，用于检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号；

电机驱动模块，用于驱动电机运行，所述电机驱动模块连接所述副控模块；

姿态检测模块，用于获取平衡车的运动数据，所述姿态检测模块连接所述副控模块；

主控接口，用于与主控系统进行连接，所述主控接口连接所述副控模块；

供电模块，用于提供工作电源。

进一步地，所述副控系统还包括：

刹车检测模块，用于检测电机驱动模块电流，所述刹车检测模块连接所述电机驱动模块和所述副控模块；

电流检测模块，用于检测电机运行电流，所述电流检测电路连接所述电机驱动模块和所述副控模块；

电机编码采样模块，用于检测电机运行情况，所述电机编码采样模块连接所述副控模块。

本实用新型的目的之三在于提供一种平衡车，其包括实用新型目的之二所述方案的平衡车控制系统。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

主控系统集成主控模块、蓝牙模块和供电模块，由蓝牙模块实现蓝牙音频和数传功能，蓝牙模块直接与主控模块通讯，无需通过外置连接线和焊接工序，使得蓝牙模块通讯更加稳定，同时使生产工序得到简化，降低制造成本；主控系统的各个模块均使用供电模块为其供电，确保正常工作，使得信号传输的稳定性更强，实现对平衡车一个电机的控制。

平衡车控制系统采用双系统控制，包括一个主控系统和一个副控系统，由主控系统控制平衡车的一个电机，副控系统控制平衡车的另一个电机，实现对平衡车的控制，保证每个电机的稳定运行，并且其中任一个系统损坏时方便维修更换，避免对平衡车整体控制系统的检修更换。

附图说明

图1为本实用新型实施例一平衡车主控系统的原理框图；

图2为本实用新型实施例一主控模块的电路图；

图3为本实用新型实施例一蓝牙模块的电路图；

图4为本实用新型实施例一音频功放模块的电路图；

图5为本实用新型实施例一电机驱动模块的电路图；

图6为本实用新型实施例一姿态检测模块的电路图；

图7为本实用新型实施例二供电模块的电路图；

图8为本实用新型实施例三刹车检测模块的电路图；

图9为本实用新型实施例三电流检测模块的电路图；

图10为本实用新型实施例四平衡车主控系统的原理框图；

图11为本实用新型实施例四充电检测模块的电路图；

图12为本实用新型实施例四电机编码采样模块的电路图；

图13为本实用新型实施例四光电开关模块的电路图；

图14为本实用新型实施例四通讯烧录模块的电路图；

图15为本实用新型实施例四LED灯模块的电路图；

图16为本实用新型实施例四蜂鸣器模块的电路图；

图17为本实用新型实施例五平衡车控制系统的原理框图；

图18为本实用新型实施例五副控系统的原理框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型进行更为详细的描述，需要说明的是，下参照附图对本实用新型进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个实施例中的电阻为电阻网络，可以是一个电阻元件，也可以是由若干个阻值不同和/或相同的电阻元件串联和/或并联的电路。各个实施例中的电容为电容网络，可以是一个电容元件，也可以是由若干个容值不同和/或相同的电容元件串联和/或并联的电路。各个实施例中的芯片型号、引脚、大小可以根据需要调整。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

实施例一

实施例一提供了一种平衡车主控系统，旨在通过主控系统集成主控模块、集成数传和蓝牙音频功能的蓝牙模块和供电模块，保证蓝牙模块与主控模块通讯稳定，减少外置的连接线和焊接工序，简化生产工序，降低制造成本，同时主控系统的各个模块均使用供电模块为其供电，确保正常工作，使得信号传输的稳定性更强，实现对平衡车一个电机的控制。

请参照图1所示，一种平衡车主控系统，包括主控模块、蓝牙模块、电机驱动模块、姿态检测模块、副控接口和供电模块。主控模块用于检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号，主控模块可以采用各种嵌入式单片机，检测各个电路模块输入的检测信号，以及对主控系统中各个电路模块输出控制信号，实现各种控制功能。主控模块的电路请参照图2所示，主控模块包括主控芯片、电阻R21和电容C15。主控芯片的引脚1、引脚9、引脚24、引脚36、引脚48连接电源VD，主控芯片的引脚8、引脚23、引脚35、引脚44、引脚47接地，电阻R21连接于主控芯片的引脚7和电源VD之间，电容C15连接于主控芯片的引脚7和地之间。主控芯片的引脚U0-3、引脚U0-4、引脚U0-10、引脚U0-11、引脚U0-12、引脚U0-13、引脚U0-14、引脚U0-15、引脚U0-16、引脚U0-17、引脚U0-18、引脚U0-20、引脚U0-21、引脚U0-22、引脚U0-25、引脚U0-26、引脚U0-27、引脚U0-28、引脚U0-29、引脚U0-30、引脚U0-31、引脚U0-32、引脚U0-34、引脚U0-37、引脚U0-38、引脚U0-39、引脚U0-40、引脚U0-41、引脚U0-42、引脚U0-43、引脚U0-46等其它引脚用于检测信号的接收或控制信号的发送。其它预留引脚可以连接其它电路模块，实现相应的控制功能。

蓝牙模块用于接收控制信号、与外部蓝牙设备数据通信以及输出蓝牙音频信号，所述蓝牙模块连接所述主控模块。外部蓝牙设备可以是具有蓝牙传输功能的外部设备，例如，手机、蓝牙手环、蓝牙头盔、蓝牙控制开关等，外部蓝牙设备包括但不限于上述部件，可提高平衡车的使用性能。蓝牙模块连接音频功放模块，音频功放模块对蓝牙音频信号进行放大。

蓝牙模块的电路请参照图3所示，蓝牙模块包括蓝牙芯片、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电感L1、电感L2和天线。蓝牙芯片采用声音蓝牙方案芯片，满足数据和音频需求；电阻R1的一端连接蓝牙芯片，电阻R1的另一端连接音频功放模块，电阻R2的一端连接蓝牙芯片，电阻R2 的另一端连接主控模块，电容C3的一端连接蓝牙芯片，电容C3的另一端接地，电容C4的一端连接蓝牙芯片，电容C4的另一端接地，电容C6的一端连接蓝牙芯片，电容C6的另一端接地，蓝牙芯片的引脚11 、引脚15、引脚17分别接地，电感1的一端连接蓝牙芯片，电感1的另一端连接电容C1的一端和电感2 的一端，电容C1 的另一端连接天线，电感2 的另一端接地，电容C2的一端连接蓝牙芯片，电容C2的另一端接地，电容C5的一端连接蓝牙芯片的引脚20并且接地，电容C5的另一端连接蓝牙芯片的引脚19，且蓝牙芯片的引脚19连接供电电源3V，电阻R3 的一端连接蓝牙芯片，电阻R3 的另一端连接供电电源3V，电阻R4 的一端连接蓝牙芯片，电阻R4 的另一端连接主控模块。

音频功放模块的电路请参照图4所示，音频功放模块包括音频功放芯片、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C9、电容C10、电容C11和接插排线P1。电阻R5的一端连接音频功放芯片，电阻R5的另一端连接供电电源5V，电阻R6的一端连接音频功放芯片，电阻R6的另一端连接供电电源5V，电阻R7的一端连接音频功放芯片，电阻R7的另一端接地，电阻R8的一端连接音频功放芯片，电阻R8的另一端连接电容C9的一端，电容C9的另一端连接蓝牙模块，电容C11的一端连接音频功放芯片，电容C11的另一端接地，电容C10的一端连接音频功放芯片的引脚6且接地，电容C10的一端连接音频功放芯片的引脚7且连接供电电源5V，接插排线P1连接音频功放芯片。蓝牙模块输出的静音开关信号通过电阻R1输入音频功放芯片，蓝牙模块输出模拟音频依次通过电容C9、电阻R8输入音频功放芯片。音频功放芯片通过接插排线P1连接音频设备，音频设备可以是各种类型的扬声器、麦克风等具有音频输出设备，如耳机、耳机式麦克风、头戴式耳机、头戴式耳麦等，音频设备包括但不限于上述部件，可提高平衡车的使用性能。

电机驱动模块，用于驱动电机运行，所述电机驱动模块连接所述主控模块。电机驱动模块包括第一半桥栅极驱动电路、第二半桥栅极驱动电路和第三半桥栅极驱动电路，三个半桥栅极驱动电路结构相同。

电机驱动模块的电路请参照图5所示，第一半桥栅极驱动电路包括半桥栅极驱动电路芯片U6、二极管D1、电容C105、电阻R31、电阻R33、NMOS管QB2、电阻R32、电阻R34、NMOS管QB1、电阻R11C和接口TA5，NMOS管QB2和NMOS管QB1组成一组NMOS对管。半桥栅极驱动电路芯片U6引脚2、引脚3分别连接主控模块的引脚U0-31、U0-28，半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚4接地，二极管D1的阳极连接半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚1，且半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚1连接电源VB，二极管D1的阴极连接半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚8，电容C105连接在半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚8和半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚6之间，电阻R31连接在半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚7和NMOS管QB2的栅极之间，电阻R33连接在NMOS管QB2的栅极和半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚6之间，NMOS管QB2的漏极连接电源VA，NMOS管QB2的源极和NMOS管QB1的漏极连接，且NMOS管QB2的源极、NMOS管QB1的漏极均连接接口TA5，电阻R32连接在半桥栅极驱动电路芯片U6的引脚5和NMOS管QB1的栅极之间，电阻R34连接在NMOS管QB1的栅极和源极之间，电阻R11C连接在NMOS管QB1的源极和漏极之间，NMOS管QB2的源极输出电流，经过接口TA5外接电机。

第一半桥栅极驱动电路NMOS管QB2的输出电流，经过电机到第二半桥栅极驱动电路NMOS管QB3；第二半桥栅极驱动电路NMOS管QB4的输出电流，经过电机到第三半桥栅极驱动电路NMOS管QB5；第三半桥栅极驱动电路NMOS管QB6的输出电流，经过电机到第一半桥栅极驱动电路NMOS管QB1。

三个半桥栅极驱动电路芯片的引脚2和引脚3连接主控模块，接收主控模块的电机旋转信号，根据电机旋转信号将电池电压转化为对应的驱动电机运行的高电压信号，输出给相连接的NMOS对管进行闭合与断开，通过控制三组NMOS对管依次进行闭合与断开，驱动电机正反旋转。

姿态检测模块，用于获取平衡车的运动数据，所述姿态检测模块连接所述主控模块。姿态检测模块包括陀螺仪，陀螺仪可以采用运动处理芯片，用于检测平衡车车体的角速度和加速度等平衡车车体的运动数据信息，并运用本身的数字运动处理器、I2C接口，把测得的模拟量转换为数字量，获得精确的倾角值，传达至主控模块。

姿态检测模块的电路请参照图6所示，姿态检测模块包括两个运动处理芯片。运动处理芯片U1引脚24、引脚23分别连接电阻R17、电阻R18的端口2，电阻R17、电阻R18的端口1分别连接主控模块引脚U0-43、U0-42，运动处理芯片U3引脚2、引脚3分别连接电阻R18、电阻R17的端口2，电阻R15连接于电阻R17和电源VD之间，电阻R16连接于电阻R18和电源VD之间；运动处理芯片U1的引脚22、引脚13、引脚8连接电源VD，运动处理芯片U1的引脚20、引脚18、引脚9、引脚11接地，电容C7连接于运动处理芯片U1的引脚10和地之间；运动处理芯片U3的引脚1、引脚5、引脚16连接电源VD，运动处理芯片U3的引脚4、引脚8、引脚9、引脚10、引脚11、引脚12、引脚13、引脚15接地，电容C25连接于运动处理芯片U3的引脚14和地之间。在实际使用中，根据成本或备货情况，在两块芯片之中择一使用。

平衡车主控系统的副控接口，用于与副控系统进行连接，所述副控接口连接所述主控模块，实现与副控系统的通信。

供电模块，用于给主控系统中的各个电路模块提供工作电源。确保各个电路模块正常工作，使得主控系统中的信号传输稳定性更强。

实施例二

实施例二是在实施例一基础上进行的改进，为了满足主控系统各个电路模块不同的供电需求，供电模块通过第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元将电池电源提供的高压降为不同的供电电压，第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元依次连接。第一供电单元将电源电压VA降压为电压VB，第二供电单元将电压VB降为电压VC，第三供电单元将电压VC降为电压VD。第三供电单元输出的电压VD给主控模块和蓝牙模块供电，第二供电单元输出的电压VC给音频功放模块供电。第二供电单元包括低压差线性稳压降压芯片U1，第三供电单元包括低压差线性稳压降压芯片U2。

供电模块还包括接口BLE1，接口BLE1为预留供电口，给外围器件供电。外围器件包括电池、电机、灯带、照明灯、上电开关等，外围器件包括但不限于上述部件，可提高平衡车的使用性能。

所述第一供电单元包括使能电路、降压电路和滤波电路，所述使能电路连接所述降压电路，所述降压电路连接所述滤波电路。所述使能电路用于接收所述主控模块的控制信号，根据所述控制信号控制通电或断电；所述降压电路用于将电池提供的高压转为低压；所述滤波电路用于滤除噪声信号。滤波单元是若干个电容值不同和/或相同的电容元件的联电路，具体的电容值的选取根据实际电路需求确定。供电模块的电路请参照图7所示。

使能单元接收到平衡车开关按钮的上电信号，激活降压单元进行电压转换。使能单元包括电容C24、电阻R86、电阻R84、二极管D8、电阻R85、电阻R81、电阻R80、三极管Q13，电阻R79，接口J1；其中，电阻R86的第一端连接主控模块，电阻R86的第二端连接二极管D8的阳极，电容C24的第一端连接主控模块，电容C24的第二端接地，电阻R84的第一端连接二极管D8的阳极，电阻R84的第二端接地，二极管D8的阳极连接接口J1的一个端口，接口J1的另一个端口连接电阻R79的一端，电阻R79的另一端接地，电阻R85的第一端连接二极管D8阴极，电阻R85的第二端连接三极管Q13的基极，电阻R80的第一端连接主控模块，电阻R80的第二端连接三极管Q13基极，电阻R81的第一端连接三极管Q13基极，电阻R81的第二端连接三极管Q13发射极，且所述三极管Q13的发射极接地。

使能单元还包括三极管Q10、电阻R77、电阻R78、电阻R92、电阻R93、电阻R94、电阻R82；其中，电阻R77的第一端连接三极管Q13集电极，电阻R77的第二端连接三极管Q10基极，电阻R78的第一端连接三极管Q10基极，电阻R78的第二端连接三极管Q10发射极，三极管Q10的发射极连接至电源VA，电阻R92的第一端连接三极管Q10的集电极，电阻R92的第二端连接电阻R93的第一端，电阻R93的第二端连接主控模块，电阻R94的第一端连接主控模块，电阻R94的第二端接地；电阻R82第一端连接三极管Q10的集电极，电阻R82第二端连接所述降压电路。

接口J1连接平衡车的开关按钮，当平衡车关闭时，按下按钮，平衡车上电，电源VA经过电阻R79经过二极管D8、三极管Q13，三极管Q13、三极管Q10导通，供电模块对各个电路模块供电，主控模块通过端口U0-14检测电池电压VA，同时主控模块通过端口U0-15检测到上电信号，主控模块通过端口U0-20对供电模块发送供电信号，保持三极管Q13导通，供电模块保持供电，按钮按下后回弹不影响供电模块对主控系统各模块的供电；断电过程与上电过程一致。

降压电路包括：降压芯片U12、电阻R83、电阻R46、电阻R90、电容C91、二极管D20、电感L2、电容C89、电阻R88和电阻R87；所述电阻R83的第一端连接降压芯片U12的引脚1，电阻R83的第二端连接降压芯片U12的引脚2，电阻R46的第一端连接降压芯片U12的引脚3，电阻R46的第一端连接降压芯片U12的引脚4，且所述降压芯片U12的引脚4接地，电阻R90的第一端连接降压芯片U12的引脚7，电阻R90的第二端连接电容C91的第一端，电容C91的第二端连接降压芯片U12的引脚8，二极管D20的阴极连接降压芯片U12的引脚8，且二极管D20的阳极接地，电容C89的第一端、电阻R88的第一端和降压芯片U12的引脚4连接，电容C89的第二端、电阻R88的第二端和降压芯片U12的引脚5连接，电阻R87的第一端连接降压芯片U12的引脚4，电阻R87的第一端接地，电感L2的第一端连接降压芯片U12的引脚5，电感L2的第二端连接降压芯片U12的引脚8；电感L2用于将降压芯片U12输出的高频周期信号转换为直流信号。

实施例三

实施例三是在实施例一或实施例二基础上进行的改进，平衡车主控系统还包括刹车检测模块和电流检测模块。刹车检测模块，用于检测电机驱动模块电流，所述刹车检测模块连接所述电机驱动模块和所述主控模块。电流检测模块，用于检测电机运行电流，所述电流检测电路连接所述电机驱动模块和所述主控模块。供电模块分别为刹车检测模块和电流检测模块提供所需的工作电压。

刹车检测模块的电路请参照图8所示，刹车检测模块包括电容C29、电阻R110、电阻R109、三极管Q1和电阻R108；电容C29的第一端连接主控模块，电容C29的第二端接地，电阻R110的第一端连接主控模块，电阻R110的第二端连接三极管Q1的集电极，电阻R109的第一端连接电源VD，电阻R109的第二端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，电阻R108的第一端连接三极管Q1的基极，电阻R108的第二端连接所述电机驱动模块。当电机驱动模块的电流过大时，刹车检测模块通过端口U0-25接收主控模块的信号，三极管Q1导通，硬件触发电机驱动模块输出断电或系统断电。

电流检测模块和电机驱动模块连接，且连接于电阻R0N0的端口1，电阻R0N0的端口2接地，电阻R0N0为毫欧级采样电阻R。电流检测模块对毫欧级采样电阻R0N0的通电压差进行检测，检测信号通过运算放大器放大采样输入主控模块。请参照图9所示，电流检测模块包括运算放大器U5A、电阻R102、二极管D14、电阻R100、电阻R103、电阻R96、电阻R97、运算放大器U5B、电阻R104、二极管D15、电阻R101、电阻R105、电阻R98和电阻R99。

运算放大器U5A的引脚1连接主控模块引脚U0-18，电阻R102连接于运算放大器U5A的引脚2和主控模块引脚U0-18之间，二极管D14的阴极连接运算放大器U5A的引脚2，二极管D14的阳极连接运算放大器U5A的引脚3，电阻R100连接于运算放大器U5A的引脚3和地之间，电阻R103连接于二极管D14的阴极和电机驱动模块的输出端之间，电阻R96的一端连接运算放大器U5A的引脚3，电阻R96的另一端连接电阻R97的一端，电阻R97的另一端连接电机驱动电路。

运算放大器U5B的引脚1连接主控模块引脚U0-17，电阻R104连接于运算放大器U5B的引脚6和主控模块引脚U0-17之间，二极管D15的阴极连接运算放大器U5B的引脚6，二极管D15的阳极连接运算放大器U5B的引脚5，电阻R101连接于运算放大器U5B的引脚5和地之间，电阻R105连接于二极管D15的阴极和电机驱动模块的输出端之间，电阻R98的一端连接运算放大器U5B的引脚5，电阻R98的另一端连接电阻R99的一端，电阻R99的另一端连接电机驱动电路。

电流检测模块还包括电阻R107、电容C2和电阻R106，电阻R107连接于主控模块引脚U0-16和电源VD之间，电容C2连接于主控模块引脚U0-16和地之间，电阻R106连接于主控模块引脚U0-16和电机驱动模块之间。该电路检测电机驱动模块的总电流，

电流检测模块分别检测电机驱动模块的U相相电流和X相相电流、电机驱动模块的总电流。电流检测模块通过端口U0-18、端口U0-17、端口U0-16分别向主控模块输入U相相电流的检测信号、X相相电流的检测信号、总电流的过流检测信号。主控模块通过端口U0-16获得过流检测信号，当检测到总电流过大时，主控模块对电机驱动模块进行降流动作，主控模块调整输出到电机驱动模块的pwm占空比。

实施例四

实施例四是在实施例一至三任意一个或多个的基础上进行的改进，请参照图10所示，所述平衡车主控系统还包括充电检测模块和电机编码采样模块。充电检测模块，用于检测充电情况，所述充电检测模块连接所述主控模块。电机编码采样模块，用于检测电机运行情况，所述电机编码采样模块连接所述主控模块。供电模块分别为充电检测模块和电机编码采样模块提供所需的工作电压。充电检测模块的电路图请参照图11所示，充电检测模块包括接口LED4、二极管D0、电阻R55、电阻R54、电容C23、三极管Q12和电阻R49。二极管D0的阳极连接接口LED4的引脚3，LED4的引脚1和引脚2接地，二极管D0的阴极极连接供电电源VA，电阻R55串联于二极管D0的阳极和三极管Q12的基极之间，电阻R54并联于三极管Q12的基极和发射极之间，电容C23并联于三极管Q12的基极和发射极之间，电阻R49串联于三极管Q12的集电极和供电电源VD之间，且三极管Q12的集电极通过端口U0-4连接主控模块。

电机编码采样模块的电路图请参照图12所示，电机编码采样模块包括接口JA2、二极管D2、电容C9、电阻R22、电阻R23、电容C10、电阻R24、电阻R25、电容C11、电阻R26、电阻R27、电容C12、电阻R1、电阻R40和电容C26。电容C9串联于二极管D2的阴极和地之间，且二极管D2的阴极连接接口JA2的引脚1，二极管D2的阳极连接供电电源VC，电阻R22串联于电阻R23的一端和供电电源VD之间，且电阻R23的一端连接接口JA2的引脚2，电容C10串联于电阻R23的另一端和地之间，且电阻R23的另一端通过端口U0-3连接主控模块；电阻R24串联于电阻R25的一端和供电电源VD之间，且电阻R25的一端连接接口JA2的引脚3，电容C11串联于电阻R25的另一端和地之间，且电阻R25的另一端通过端口U0-11连接主控模块；电阻R26串联于电阻R27的一端和供电电源VD之间，且电阻R27的一端连接接口JA2的引脚4，电容C12串联于电阻R27的另一端和地之间，且电阻R27的另一端通过端口U0-22连接主控模块；电阻R1串联于电阻R40的一端和供电电源VD之间，且电阻R40的一端连接接口JA2的引脚6，电容C26串联于电阻R40的另一端和地之间，且电阻R40的另一端通过端口U0-10连接主控模块；接口JA2的引脚5接地。电机编码采样模块通过接口JA2连接霍尔编码器或光电编码器，检测电机运行情况。

平衡车主控系统还可以包括光电开关模块、通讯烧录模块、LED灯模块和蜂鸣器模块。光电开关模块，用于检测平衡车车体上站人；通讯烧录模块，用于与外部设备进行数据传输；LED灯模块，用于控制平衡车车体尾灯和故障显示灯。平衡车主控系统包括但不限于上述模块，可提高平衡车的使用性能。

光电开关模块的电路请参照图13所示，光电开关模块包括光电开关J3、电阻R5、电阻R6、光电开关J2、电阻R62和电阻R52。电阻R5串联于供电电源VD和光电开关J3的引脚1之间，光电开关J3的引脚2、引脚4接地，电阻R6串联于供电电源VD和光电开关J3的引脚3之间，且光电开关J3的引脚3通过端口U0-32连接主控模块；电阻R62串联于供电电源VD和光电开关J2的引脚1之间，光电开关J2的引脚2、引脚4接地，电阻R52串联于供电电源VD和光电开关J2的引脚3之间，且光电开关J2的引脚3通过端口U0-21连接主控模块。光电开关J3的引脚1和引脚2之间连接光发射器件，光电开关J2的引脚1和引脚2之间连接光发射器件，光电开关J3的引脚3和引脚4之间连接光敏元件，光电开关J2的引脚3和引脚4之间连接光敏元件，没有遮挡时，光敏元件导通，端口U0-32、端口U0-21接地；当出现遮挡时，光敏元件断开，端口U0-32、端口U0-21输出电源电压VD。

通讯烧录模块的电路请参照图14所示，通讯烧录模块包括电阻R29、电阻R30、接口USART和接口JA1。电阻R29串联于接口USART的引脚2和主控模块之间，电阻R30串联于接口USART的引脚3和主控模块之间，接口USART的引脚1连接供电电压VB，接口USART的引脚4接地；接口JA1的引脚1连接供电电压VD，接口JA1的引脚4接地，接口JA1的引脚2、引脚3分别通过端口U0-37、端口U0-34连接主控模块。接口USART用于与副控系统进行通信，接口JA1为烧录口。

LED灯模块的电路请参照图15所示，LED灯模块包括电阻R4、电阻R14、三极管Q3、电阻R13、三极管Q4、电阻R12、三极管Q5、接口LED1、电阻R19、三极管Q7、电阻R75、接口LED2、电阻R8、三极管Q9、电阻R3和接口LED3。电阻R4串联于供电电源VB和接口LED1的引脚1之间，电阻R14串联于三极管Q3的基极之间，三极管Q3的集电极连接接口LED1的引脚2，三极管Q3的发射极接地，电阻R13串联于三极管Q4的基极之间，三极管Q4的集电极连接接口LED1的引脚3，三极管Q4的发射极接地，电阻R12串联于三极管Q5的基极之间，三极管Q5的集电极连接接口LED1的引脚4，三极管Q5的发射极接地。电阻R19串联于主控模块和三极管Q7的基极之间，三极管Q7 的发射极接地，电阻R75串联于三极管Q7的集电极和接口LED2的引脚2之间，接口LED2的引脚2和引脚3相连，接口LED2的引脚1连接供电电源VB；电阻R8串联于主控模块和三极管Q9的基极之间，三极管Q9的发射极接地，电阻R3串联于三极管Q9的集电极和接口LED3的引脚2之间，接口LED3的引脚2和引脚3相连，接口LED3的引脚1连接供电电源VB。接口LED1的引脚2、引脚3、引脚4分别连接红灯、绿灯、蓝灯，用于显示故障，接口LED2、接口LED3连接转向灯。

蜂鸣器模块的电路请参照图16所示，蜂鸣器模块包括电阻R2、三极管Q2、二极管D3和蜂鸣器BUZZ。电阻R2串联于主控模块和三极管Q2的基极之间，三极管Q2的发射极接地，二极管D3的阳极连接三极管Q2的集电极，二极管D3的阴极连接供电电源VC，蜂鸣器BUZZ的两个端口分别连接二极管D3的阳极、二极管D3的阴极。

实施例五

实施例五是一种平衡车控制系统，请参照图17所示，包括上述实施例的平衡车主控系统，主控系统用于控制平衡车的一个电机运行。平衡车控制系统还包括用于控制平衡车另一个电机的副控系统，以及外围器件；主控系统与副控系统连接。

副控系统的原理框图请参照图18所示，副控系统包括副控模块、电机驱动模块、姿态检测模块、主控接口和供电模块。副控模块，用于检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号；电机驱动模块，用于驱动平衡车的另一个电机运行，所述电机驱动模块连接所述副控模块；姿态检测模块，用于获取平衡车的运动数据，所述姿态检测模块连接所述副控模块；主控接口，用于与主控系统进行连接，所述主控接口连接所述副控模块；供电模块，用于给副控系统的各电路模块提供工作电源。副控模块可以与主控系统中的主控模块结构一致。

副控系统还包括刹车检测模块、电流检测模块和电机编码采样模块。刹车检测模块，用于检测电机驱动模块电流，所述刹车检测模块连接所述电机驱动模块和所述副控模块；电流检测模块，用于检测电机运行电流，所述电流检测电路连接所述电机驱动模块和所述副控模块；电机编码采样模块，用于检测电机运行情况，所述电机编码采样模块连接所述副控模块。

副控系统还包括光电开关模块、通讯烧录模块和LED灯模块。光电开关模块，用于检测平衡车车体上站人；通讯烧录模块，用于与外部设备进行数据传输；LED灯模块，用于控制平衡车车体尾灯和电量显示灯。

副控系统与主控系统中实现相同功能的电路模块可以采用相同的电路结构。平衡车控制系统采用双系统控制，包括一个主控系统和一个副控系统，由主控系统控制平衡车的一个电机，副控系统控制平衡车的另一个电机，实现对平衡车的控制，保证每个电机的稳定运行，并且其中任一个系统损坏时方便维修更换，避免对平衡车整体控制系统的检修更换。

外围器件，用于接收主控系统和/或副控系统发送的控制信号并执行相应功能。外围器件包括电池、电机、灯带、照明灯、上电开关等，外围器件包括但不限于上述部件，可提高平衡车的使用性能。

实施例六

实施例六是一种平衡车，其包括实施例五的平衡车控制系统，还包括车架和车架两侧带轮毂电机的车轮，主控系统和副控系统安装于车架上，车架可为一体式的或分层式的，结构紧凑，平衡车的控制方便、功能齐全。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种平衡车主控系统，其特征在于：包括：

主控模块，用于检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号；

蓝牙模块，用于接收控制信号、与外部蓝牙设备数据通信以及输出蓝牙音频信号，所述蓝牙模块连接所述主控模块；

电机驱动模块，用于驱动电机运行，所述电机驱动模块连接所述主控模块；

姿态检测模块，用于获取平衡车的运动数据，所述姿态检测模块连接所述主控模块；

副控接口，用于与副控系统进行连接，所述副控接口连接所述主控模块；

供电模块，用于提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的平衡车主控系统，其特征在于：还包括音频功放模块，用于放大所述蓝牙音频信号，所述音频功放模块与所述蓝牙模块连接。

3.根据权利要求1所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述供电模块包括第一供电单元、第二供电单元和第三供电单元，所述第二供电单元连接所述第一供电单元和所述第三供电单元，所述第三供电单元输出的电压给所述主控模块和所述蓝牙模块供电。

4.根据权利要求3所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述第一供电单元包括使能电路、降压电路和滤波电路，所述使能电路连接所述降压电路，所述降压电路连接所述滤波电路；

所述使能电路用于接收所述主控模块的控制信号，根据所述控制信号控制通电或断电；

所述降压电路用于将电池提供的高压转为低压；

所述滤波电路用于滤除噪声信号。

5.根据权利要求4所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述使能电路包括电容C24、电阻R86、电阻R84、二极管D8、电阻R85、电阻R81、电阻R80、三极管Q13，电阻R79，接口J1；其中，电阻R86的第一端连接主控模块，电阻R86的第二端连接二极管D8的阳极，电容C24的第一端连接主控模块，电容C24的第二端接地，电阻R84的第一端连接二极管D8的阳极，电阻R84的第二端接地，二极管D8的阳极连接接口J1的一个端口，接口J1的另一个端口连接电阻R79的一端，电阻R79的另一端接地，电阻R85的第一端连接二极管D8阴极，电阻R85的第二端连接三极管Q13的基极，电阻R80的第一端连接主控模块，电阻R80的第二端连接三极管Q13基极，电阻R81的第一端连接三极管Q13基极，电阻R81的第二端连接三极管Q13发射极，且所述三极管Q13的发射极接地。

6.根据权利要求4所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述使能电路还包括三极管Q10、电阻R77、电阻R78、电阻R92、电阻R93、电阻R94、电阻R82；其中，电阻R77的第一端连接三极管Q13集电极，电阻R77的第二端连接三极管Q10基极，电阻R78的第一端连接三极管Q10基极，电阻R78的第二端连接三极管Q10发射极，三极管Q10的发射极连接至电源VA，电阻R92的第一端连接三极管Q10的集电极，电阻R92的第二端连接电阻R93的第一端，电阻R93的第二端连接主控模块，电阻R94的第一端连接主控模块，电阻R94的第二端接地；电阻R82第一端连接三极管Q10的集电极，电阻R82第二端连接所述降压电路。

7.根据权利要求4所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述降压电路包括：降压芯片U12、电阻R83、电阻R46、电阻R90、电容C91、二极管D20、电感L2、电容C89、电阻R88和电阻R87；所述电阻R83的第一端连接降压芯片U12的引脚1，电阻R83的第二端连接降压芯片U12的引脚2，电阻R46的第一端连接降压芯片U12的引脚3，电阻R46的第一端连接降压芯片U12的引脚4，且所述降压芯片U12的引脚4接地，电阻R90的第一端连接降压芯片U12的引脚7，电阻R90的第二端连接电容C91的第一端，电容C91的第二端连接降压芯片U12的引脚8，二极管D20的阴极连接降压芯片U12的引脚8，且二极管D20的阳极接地，电容C89的第一端、电阻R88的第一端和降压芯片U12的引脚4连接，电容C89的第二端、电阻R88的第二端和降压芯片U12的引脚5连接，电阻R87的第一端连接降压芯片U12的引脚4，电阻R87的第一端接地，电感L2的第一端连接降压芯片U12的引脚5，电感L2的第二端连接降压芯片U12的引脚8；电感L2用于将降压芯片U12输出的高频周期信号转换为直流信号。

8.根据权利要求1所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述平衡车主控系统还包括：

刹车检测模块，用于检测电机驱动模块电流，所述刹车检测模块连接所述电机驱动模块和所述主控模块；

电流检测模块，用于检测电机运行电流，所述电流检测电路连接所述电机驱动模块和所述主控模块。

9.根据权利要求8所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述刹车检测模块包括：电容C29、电阻R110、电阻R109、三极管Q1和电阻R108；电容C29的第一端连接主控模块，电容C29的第二端接地，电阻R110的第一端连接主控模块，电阻R110的第二端连接三极管Q1的集电极，电阻R109的第一端连接电源VD，电阻R109的第二端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，电阻R108的第一端连接三极管Q1的基极，电阻R108的第二端连接所述电机驱动模块。

10.根据权利要求1所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述平衡车主控系统还包括：

充电检测模块，用于检测充电情况，所述充电检测模块连接所述主控模块；

电机编码采样模块，用于检测电机运行情况，所述电机编码采样模块连接所述主控模块。

11.根据权利要求1所述的平衡车主控系统，其特征在于：所述姿态检测模块包括陀螺仪，用于检测平衡车车体的角速度和加速度。

12.一种平衡车控制系统，其特征在于：包括权利要求1至11中任一项所述的平衡车主控系统，用于控制平衡车的一个电机。

13.根据权利要求12所述的平衡车控制系统，其特征在于：所述平衡车控制系统还包括：

副控系统，用于控制平衡车的另一个电机，所述副控系统与所述主控系统连接；

外围器件，用于接收主控系统和/或副控系统发送的控制信号并执行相应功能。

14.根据权利要求13所述的平衡车控制系统，其特征在于：所述副控系统包括：

副控模块，用于检测信号、对检测信号处理以及发送控制信号；

电机驱动模块，用于驱动电机运行，所述电机驱动模块连接所述副控模块；

姿态检测模块，用于获取平衡车的运动数据，所述姿态检测模块连接所述副控模块；

主控接口，用于与主控系统进行连接，所述主控接口连接所述副控模块；

供电模块，用于提供工作电源。

15.根据权利要求13所述的平衡车控制系统，其特征在于：所述副控系统还包括：

刹车检测模块，用于检测电机驱动模块电流，所述刹车检测模块连接所述电机驱动模块和所述副控模块；

电流检测模块，用于检测电机运行电流，所述电流检测电路连接所述电机驱动模块和所述副控模块；

电机编码采样模块，用于检测电机运行情况，所述电机编码采样模块连接所述副控模块。

16.一种平衡车，其特征在于：包括权利要求12至15任一项所述的平衡车控制系统。

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