CN218728732U - 一种循迹智能车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种循迹智能车，包括智能车本体，所述智能车本体上设置有摄像头、电磁传感器、姿态检测陀螺仪、测距模块、驱动模块、测速器和微控制器；所述摄像头的输出端、电磁传感器的输出端、姿态检测陀螺仪的输出端、测距模块的输出端、测速器的输出端分别与微控制器的输入端电连接，所述微控制器的输出端与驱动模块的输入端电连接，所述驱动模块与循迹智能车的后轮相连，用于控制后轮的转速。本实用新型提供一种循迹智能车，解决了目前许多循迹智能车对复杂路径不能及时做出有效判断的问题。

Description

一种循迹智能车

5技术领域

本实用新型涉及自动控制的技术领域，更具体的，涉及一种循迹智能车。

背景技术

随着科学技术发展和生产力水平提高，交通工具对未来社会的发展起着举足

轻重的作用，智能汽车则是其中最重要的一个环节。智能汽车是在汽车上增加摄10像头、传感器、控制器、执行器等装置，通过车载环境感知系统和信息终端实现

车、路、人等信息交换，使车辆具备环境感知和自动驾驶能力，是电力电子、人工智能、计算机、传感器、机械设计、控制科学和车辆工程等多学科领域交叉的综合系统。

循迹智能车是智能汽车的一个缩影，两者在信息获取、信息处理、控制系统15构成以及车辆整体设计方面有着许多相似之处。循迹智能车依靠摄像头、光电、雷达等传感器和控制器沿着特定的道路自主行驶与决策，从而完成一些特定任务，在自动驾驶、物流运输及快递包裹分配、智能控制、青少年科普与竞赛领域有着广泛的应用。

但是目前许多循迹智能车的系统结构不够稳定与完备，对复杂路径不能及时20做出有效的判断，没有避障能力，严重影响智能循迹车的任务完成率。

实用新型内容

本实用新型为克服目前许多循迹智能车对复杂路径不能及时做出有效判断的技术缺陷，提供一种循迹智能车。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：25一种循迹智能车，包括智能车本体，所述智能车本体上设置有摄像头、电磁

传感器、姿态检测陀螺仪、测距模块、驱动模块、测速器和微控制器；

所述摄像头的输出端、电磁传感器的输出端、姿态检测陀螺仪的输出端、测距模块的输出端、测速器的输出端分别与微控制器的输入端电连接，所述微控制

器的输出端与驱动模块的输入端电连接，所述驱动模块与循迹智能车的后轮相30连，用于控制后轮的转速。

上述方案中，通过摄像头、姿态检测陀螺仪、测距模块、测速器分别获取道路图像、车身姿态、行进方向的障碍物信息、行驶速度，并共同输入到微控制器中，由微控制器通过驱动模块控制智能车直行或者拐弯，使得智能车实现自动循迹控制的功能；当摄像头采集出现异常或没有扫描到道路及道路边际线时，还能通过电磁传感器采集道路上感生磁场的感应电动势作为辅助信息，从而根据地面的电磁引导线进行寻迹，能够对复杂路径及时做出有效的判断，为小车能持续、稳定的在道路上行驶提供了进一步保障。

优选的，所述循迹智能车为三轮循迹智能车。

优选的，所述循迹智能车包括一个万向轮前轮和两个后轮。

优选的，所述驱动模块有两个，分别与循迹智能车的两个后轮一对一连接，用于控制相连接的后轮的转速。

优选的，所述摄像头为CMOS彩色摄像头。

优选的，所述测距模块为超声波测距模块。

优选的，所述测速器为光电编码测速器。

优选的，所述微控制器的型号为MM32F3277G9P。

优选的，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与微控制器电连接。

优选的，还包括通信模块，所述微控制器通过通信模块与外部智能设备通信连接。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型提供了一种循迹智能车，通过摄像头、姿态检测陀螺仪、测距模块、测速器分别获取道路图像、车身姿态、行进方向的障碍物信息、行驶速度，并共同输入到微控制器中，由微控制器通过驱动模块控制智能车直行或者拐弯，使得智能车实现自动循迹控制的功能；当摄像头采集出现异常或没有扫描到道路及道路边际线时，还能通过电磁传感器采集道路上感生磁场的感应电动势作为辅助信息，从而根据地面的电磁引导线进行寻迹，能够对复杂路径及时做出有效的判断，为小车能持续、稳定的在道路上行驶提供了进一步保障。

附图说明

图1为本实用新型的模块连接示意图；

图2为本实用新型中驱动模块的驱动电路原理图；

图3为本实用新型中7.2V转5V的转换电路原理图；

图4为本实用新型中7.2V转3V的转换电路原理图；

图5为本实用新型中5V升12V的转换电路原理图

其中：1、摄像头；2、电磁传感器；3、姿态检测陀螺仪；4、测距模块；5、驱动模块；6、测速器；7、微控制器；8、人机交互模块；9、通信模块；10、外部智能设备。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种循迹智能车，包括智能车本体，所述智能车本体上设置有摄像头1、电磁传感器2、姿态检测陀螺仪3、测距模块4、驱动模块5、测速器6和微控制器7；所述摄像头1的输出端、电磁传感器2的输出端、姿态检测陀螺仪3的输出端、测距模块4的输出端、测速器6的输出端分别与微控制器7的输入端电连接，所述微控制器7的输出端与驱动模块5的输入端电连接，所述驱动模块5与循迹智能车的后轮相连，用于控制后轮的转速。

在具体实施过程中，通过摄像头1、姿态检测陀螺仪3、测距模块4、测速器6分别获取道路图像、车身姿态、行进方向的障碍物信息、行驶速度，并共同输入到微控制器7中，由微控制器7通过驱动模块5控制智能车直行或者拐弯，使得智能车实现自动循迹控制的功能；当摄像头1采集出现异常或没有扫描到道路及道路边际线(如光线过大导致智能车无法通过图像识别运行)时，还能通过电磁传感器2采集道路上感生磁场的感应电动势作为辅助信息，从而根据地面的电磁引导线进行寻迹，能够对复杂路径及时做出有效的判断，为小车能持续、稳定的在道路上行驶提供了进一步保障。

实施例2

一种循迹智能车，包括智能车本体，所述智能车本体上设置有摄像头1、电磁传感器2、姿态检测陀螺仪3、测距模块4、驱动模块5、测速器6和微控制器7；所述摄像头1的输出端、电磁传感器2的输出端、姿态检测陀螺仪3的输出端、测距模块4的输出端、测速器6的输出端分别与微控制器7的输入端电连接，所述微控制器7的输出端与驱动模块5的输入端电连接；所述循迹智能车为三轮循迹智能车，包括一个万向轮前轮和两个后轮；所述驱动模块5有两个，分别与循迹智能车的两个后轮一对一连接，用于控制相连接的后轮的转速。

上述方案中，通过摄像头1、姿态检测陀螺仪3、测距模块4、测速器6分别获取道路图像、车身姿态、行进方向的障碍物信息、行驶速度，并共同输入到微控制器7中，由微控制器7通过两个驱动模块5分别控制两个后轮的差速来控制车身的拐弯与直行，使得智能车实现自动循迹控制的功能。当左右两后轮转速相同时，智能车直行；当左后轮转速大于右后轮时，智能车右拐；当右后轮转速大于左后轮时，智能车左拐。当摄像头1采集出现异常或没有扫描到道路及道路边际线(如光线过大导致智能车无法通过图像识别运行)时，还能通过电磁传感器2采集道路上感生磁场的感应电动势作为辅助信息，从而根据地面的电磁引导线进行寻迹，能够对复杂路径及时做出有效的判断，为小车能持续、稳定的在道路上行驶提供了进一步保障。

实施例3

一种循迹智能车，包括智能车本体，所述智能车本体上设置有摄像头1、电磁传感器2、姿态检测陀螺仪3、测距模块4、驱动模块5、测速器6和微控制器7；所述摄像头1的输出端、电磁传感器2的输出端、姿态检测陀螺仪3的输出端、测距模块4的输出端、测速器6的输出端分别与微控制器7的输入端电连接，所述微控制器7的输出端与驱动模块5的输入端电连接；所述循迹智能车为三轮循迹智能车，包括一个万向轮前轮和两个后轮；所述驱动模块5有两个，分别与循迹智能车的两个后轮一对一连接，用于控制相连接的后轮的转速。所述电磁传感器2安装于智能车的最前部，测距模块4安装于智能车侧部，测距方向为智能车前进方向。

更具体的，所述摄像头1为CMOS彩色摄像头。

在具体实施过程中，通过CMOS彩色摄像头获取道路的彩色图像。本实施例采用CMOS式OV7725摄像头，该摄像头具有自动曝光功能，可以自由设置对比度、曝光时间、帧率、窗口大小等参数。此外，在光线较暗、日照较强等极端环境下，也可以发挥高清摄像的功能。摄像头1采集的原始道路图像大小为120*60个像素点，是像素值大小为0-255的RGB彩色图。RGB彩色图可用来准确识别道路上的物体，RGB彩色图需要先转化为灰度图像，再把灰度图像转化为易于处理的二值化图像，用于提取出道路的边缘。单片机控制在25ms内处理完一张图像，摄像头1初试化参数为50帧。

在具体实施过程中，所述电磁传感器2，即电磁感应传感器，由5个电感电容对构成。道路中间布设了直径为1mm的电磁引导向线，电磁引导向线里面通有幅值为100mA，频率为20kHz的交变电流。由于均匀变化的电场会产生恒定磁场，故采用电感来切割磁感应线，从而获得道路上的感生磁场的感应电动势。由并联电路的谐振频率计算公式

本实施例采用10mH电感和6.8nF的电感电容并联谐振电路把20kHz的频率选频出来，此时获得的感应电动势是最大的。采用5个电容电感对采集道路的磁场信号，磁场信号的强度反映了智能车相对于道路中线的相对距离。最左边的电感电容对A和最右边的电感电容对E与电磁引导向线垂直，用于常规循迹；与电磁引导向线成斜45°角安装的电感电容对B和电感电容对D用于检测十字道；中间的电感电容对C用于辅助检测环岛。

由电磁感应定律，电路中感应电动势的强度

其中E为电感电容对采集的感应电动势大小；n为电感线圈匝数；B是电感所在位置的感应电磁场强度；θ是电感与电磁引导向线之间的夹角，当电感与电磁引导向线垂直时，θ接近90度，此时感应电动势达到最大。电感距离电磁引导线越近，B越大，感应电动势E越大。感应电动势能反映智能车与电磁引导线的相对位置，通过相关数据处理算法能使智能车沿着电磁引导线行驶。

在具体实施过程中，智能车在上坡时需要加速，防止因速度不足而滑坡。在下坡时需要减速，避免因速度过快导致失控而冲出道路。本实施例采用姿态检测陀螺仪3来进行姿态检测，从而感知智能车在行驶过程中的水平、俯仰和角速度等姿态信息。当姿态检测陀螺仪3检测到智能车的俯仰角比在水平道路上大很多时，认为此时是在上坡，需要加速。当检测到智能车的俯仰角比在水平道路上小很多时，认为此时是在下坡，需要减速，由此提高控制的稳定性。为了使姿态检测陀螺仪3能够及时灵敏地反应正确的姿态信息，将其安装在车轴的正中央。本实施例采用ICM-20602传感器作为姿态检测传感器，是一种六轴加速度陀螺仪，属于新一代的陀螺仪传感器，测量精度高，噪声小，使用硬件串行外围设备接口(SerialPeripheral Interface,SPI)通信可达到10M波特率。

更具体的，所述测距模块4为超声波测距模块。

在具体实施过程中，通过超声波测距模块主动发射超声波并接收其回波，若发现距离智能车前部40cm处有路障，则由微处理器建立标志位并开始重新规划路线来绕开该路障。

更具体的，所述驱动模块5包括驱动电路和电机，所述电机为RS-380驱动电机，所述驱动电路连接RS-380驱动电机，通过RS-380驱动电机控制后轮的转速。

在具体实施过程中，采用HIP4082芯片构成一个H桥驱动电路，两个电机需要两个H桥驱动电路。采用硬件PWM技术，PWM的频率为18kHz，通过改变某一路PWM的占空比大小，来改变CMOS管的导通时间，进而改变电机两端电压来控制电机的转速或者实现正反转。驱动电路的电路原理图如图2所示。

更具体的，所述测速器6为光电编码测速器。

在具体实施过程中，通过光电编码测速传感器获取小车实时行驶速度。如果速度控制环是开环的，则不同的电池电压会产生不同的速度值。为了保证速度的闭环，提高控制的稳定性，本实施例采用光电编码测速器对智能车的实时速度进行测量。光电编码测速器能够测量智能车的实时速度，按时间积分则可以获得行驶的路程。光电编码测速器选用512线增量式编码器，能够增量式测速，同时兼容正交解码，不容易丢步。

更具体的，所述微控制器7的型号为MM32F3277G9P。

在具体实施过程中，以灵动微电子公司(MindMotion)生产的32位单片机MM32F3277G9P为微控制器7，主频为120MHz，供电电压为3.3V。此单片机外设接口比较丰富，有I2C(Inter-Integrated Circuit)、SPI、USART(Universal Synchronous AsynchronousReceiver Transmitter)和PWM等，能够满足大部分设计的需要。此外，有3个16位基本定时器和2个16位高级定时器，支持硬件除法和硬件开方。该单片机的闪存FLASH为512KB，RAM(Random Access Memory)为128KB。

在具体实施过程中，所述循迹智能车还安装有为各模块提供所需电力供应的电源模块，所述电源模块内安装有调压电路和稳压电路。电源模块能为其它模块提供所需的电源，可靠的电源是整个硬件电路能够稳定可靠运行的基础。除了要考虑到额定电压和额定电流等基本参数，还要在电源转换效率、低噪声、抗干扰等方面进行优化处理。此外，印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)中电源线要足够粗，确保能承载电机启动和倒转时的大电流。由于系统中不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将7.2V电池电压转换成各电路模块所需的电压。为了满足需要，本实施例采用4种供电电压：

(1)使用2节18650锂电池供电，正常使用时总电压为7.2～8.4V；

(2)使用稳压芯片AMS1117输出电压5V，用于姿态检测陀螺仪3、超声波测距模块、蓝牙模块等供电；

(3)使用稳压芯片AMS1117输出电压3.3V，用于MM32F3277G9P微控制器7、CMOS彩色摄像头、光电编码测速器、OLED显示屏等供电；

(4)使用升压电路模块B0512将5V电压升至12V，用于HIP4082的供电。

各电源电压转换电路如图3-5所示。AMS1117是正向低压降稳压器，固定输出电压为3.3V、5.0V时具有1％的精度，最大输出电流为1A。B0512是DC-DC隔离电源模块，最大输出电流为84mA，升压转换效率为83％，该模块体积小，外围电路较简单。

实施例4

更具体的，还包括人机交互模块8，所述人机交互模块8与微控制器7电连接。

在具体实施过程中，人机交互主要包括屏幕显示、拨码开关、按键模块等，方便切换速度档位以及其他预设参数。本实施例采用有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode，OLED)显示屏，可以显示电感采集的数值和摄像头1的图像，能够及时反映道路信息。

实施例5

更具体的，还包括通信模块9，所述微控制器7通过通信模块9与外部智能设备10通信连接。

在具体实施过程中，采用HC-05蓝牙模块作为通信模块9，HC-05蓝牙模块是主从一体的蓝牙串口模块，可用于短距离无线通讯，配对后为全双工串口工作模式。该模块能够满足智能车在10m内的通信需求。此外，还能够使用外部智能设备10(如手机)的蓝牙功能连接该蓝牙模块，手机和HC-05蓝牙模块能相互发数据通信，从而使智能车调试更加方便。同时将智能车在行驶过程中的相关数据通过HC-05蓝牙模块的无线通信功能发送到电脑的上位机，实时监测智能车的行驶状态，显示相关波形，方便了智能车的调试。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种循迹智能车，其特征在于，包括智能车本体，所述智能车本体上设置有摄像头、电磁传感器、姿态检测陀螺仪、测距模块、驱动模块、测速器和微控制器；

所述摄像头的输出端、电磁传感器的输出端、姿态检测陀螺仪的输出端、测距模块的输出端、测速器的输出端分别与微控制器的输入端电连接，所述微控制器的输出端与驱动模块的输入端电连接，所述驱动模块与循迹智能车的后轮相连，用于控制后轮的转速。

2.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述循迹智能车为三轮循迹智能车。

3.根据权利要求2所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述循迹智能车包括一个万向轮前轮和两个后轮。

4.根据权利要求3所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述驱动模块有两个，分别与循迹智能车的两个后轮一对一连接，用于控制相连接的后轮的转速。

5.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述摄像头为CMOS彩色摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述测距模块为超声波测距模块。

7.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述测速器为光电编码测速器。

8.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，所述微控制器的型号为MM32F3277G9P。

9.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，还包括人机交互模块，所述人机交互模块与微控制器电连接。

10.根据权利要求1所述的一种循迹智能车，其特征在于，还包括通信模块，所述微控制器通过通信模块与外部智能设备通信连接。

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