CN218866331U - 一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统 - Google Patents

Abstract

一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，包括：控制主板、核心板、路径感知模块、运放模块、通信模块、调试模块，程序下载模块，速度检测模块；控制主板、路径感知模块、运放模块通过接插件连接；控制主板包括稳压模块、电机驱动模块、接口拓展模块；核心板、通信模块和运放模块通过排针连接到所述控制主板上，控制主板将各个模块联系起来形成一个整体的系统；通信模块在上电后开始运行，车辆之间的通信模块通过蓝牙连接，在通电后搜索和连接已配对的设备，实现多车之间的通信。

Description

一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统

技术领域

本实用新型涉及电磁循迹智能车技术领域，具体涉及多辆电磁循迹车辆的联动。

背景技术

当前市场上有多种叉车AGV、物流运货小车等多车联动作业的自动驾驶车辆，但大多是基于GPS定位，摄像头视觉这类成本较高，结构复杂的控制系统，这就导致很多固定生产线上的自动行驶车辆因成本和技术问题难以大量投入使用，加上当代自动化的快速发展，工厂、车间等急需适应生产的快节奏。因此，需要一种结构简单，成本低且能够满足多车联动的自动行驶车辆投入固定生产线，满足自动化的生产需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决当下市场固定场景下自动驾驶车辆成本过高且技术难度较高的问题，提供一种能满足多车联动、依靠电磁信号循迹的电磁智能车控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

在一个主要的实施的方案中，本实用新型提供一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，包括：控制主板、核心板、路径感知模块、运放模块、通信模块、调试模块，程序下载模块，速度检测模块；所述控制主板、路径感知模块、运放模块通过导线连接；所述控制主板包括稳压模块、电机驱动模块、接口拓展模块；核心板、通信模块和运放模块通过排针连接到所述控制主板上，所述控制主板将各个模块联系起来形成一个整体的系统；所述的核心板包括处理器、IO口排针、LED灯，所述IO口排针可以引出处理器的IO口功能引脚，所述LED灯用于指示核心板是否正常工作；所述的程序下载模块一端通过USB连接到电脑，一端通过接插件连接到所述的核心板的程序下载口，用于将程序烧录进核心板处理器；所述的调试模块通过USB端口连接到电脑，在调试时使用蓝牙与车辆上的通信模块进行通信，便于对车辆进行调整，提高便携性；所述的路径感知模块通过电感检测行驶环境中的磁场信息，从而判断路径类型，核心板处理器通过路径信息来调整车辆的行驶状态；所述的运放模块一端通过接插件与所述的路径感知模块连接，一端与所述的控制主板通过接插件连接，所述的运放模块对路径感知模块采集的信号进行滤波和放大，可以减小其余信号的干扰。所述的电机驱动模块输入端接收电源的电流和核心板处理器的占空比信号，输出端通过接线端子引出，接线端子使用导线与电机相连，所述的电机驱动模块采用H桥电路，控制电机的正反转，通过占空比信号的控制，实现电机的加速和减速。所述的通信模块在通电之后开始运行，车辆之间的通信模块通过蓝牙连接，在通电之后搜索和连接已配对的设备实现多车之间的通信。

基于上述实施的内容，本实用新型的主车使用路径感知模块进行道路电磁信号的检测，利用运放模块将放大后的电磁信号输入核心板处理器中进行路况检测，车辆尾部的编码器可以实时进行速度检测，并将检测信息输入核心板处理器。最后，处理器根据接收到的信息来控制舵机实现拐弯；通过电机驱动模块控制车辆速度；根据电磁信息和速度信息决定通信模块发送何种信息。其它车辆根据接收到的信息，结合路径感知模块和编码器速度检测实现车辆自动行驶和多车联动的目的。

在一个可能的实施方案中，所述的核心板处理器采用逐飞科技的RISC-V型架构的CH32V307单片机，单片机的VCC引脚接稳压模块输出端，GND接地，IO口和各个模块相连接。

基于上述实施的内容，互联型的CH32V307单片机可以更好的实现通信模块之间的配对和信息传输，增加效率和系统稳定性。所述的CH32V307单片机配备了硬件堆栈区、快速中断入口，在标准RISC-V基础上大大提高了中断响应速度，加入单精度浮点指令集，扩充堆栈区，具有更高的运算性能。

在一个可能的实施方案中，所述的通信模块采用逐飞科技互联型的CH573F无线组网模块，其5V引脚接稳压模块的输出端、GND接地、RX接核心板PE13引脚、TX接核心板PE12引脚、RTS接核心板PB12引脚、其余引脚处于悬空状态。

基于上述实施的内容，单片机与所述的通信模块通过串口相连，通信模块在接收到单片机发出的信息后，通过串口通信将信息发送到已连接的通信模块中；更好的是，CH573F支持一对多型互联，可以实现更多车辆的联动。

在一个可能的实施方案中，所述的调试模块包括：OLED显示屏。OLED显示屏的SCL接核心板的PB13引脚、SDA接核心板的PB15引脚、RES接核心板PB7引脚，DC接核心板的PD7引脚。

基于上述实施的内容，本实用新型采用显示屏可以实时显示电感的数值，当前速度值，舵机转向角的值等；通过信息的显示，方便调试，提高便携性。

在一个可能的实施方案中，所述的电机驱动模块包括一个74HC244芯片和两个BTS7960芯片，所述的74HC244芯片的两个输入端分别接核心板的PA0和PA1引脚，接收处理器的占空比信号，输出端与所述的BTS7960芯片的信号输入端相连，所述BTS7960芯片的输出端一方面连接到电机上，另一方面通过电阻连接到第三LED。

基于上述实施的内容，本实用新型存在一个缓冲芯片，用于单片机信号的缓冲，有效防止大电流对单片机造成损害；存在两个驱动芯片，输出端通过接线端子与电机连接，采用H桥电路控制电机的正反转；LED灯可以指示电机驱动模块是否正常工作。

本实用新型的有益效果是，本实用新型采用较为简单的控制系统和整体架构实现固定到道路下小车的自动驾驶以及多车联动，结构简单，可拓展性强，代价更低且相较于已有的自动驾驶小车操作难度低。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的具体实施方案，下面提供的附图用于对本次申请的进一步说明和解释，构成本次申请的一部分。

图1为电路板控制系统的结构图

图2为小车的整体结构俯视图

图3为小车的整体结构后视图

图4为小车的整体结构右视图

图5为路径感知的结构图

图6为电路板的示意图

图7为运放电路示意图

图8为电机驱动模块示意图

图9为5V稳压电路示意图

图10为3.3V稳压电路示意图

图11为控制系统连接方式图

0.运放模块，1.车模前轮，2.舵机舱，3.电池舱，4.车模后轮，5.电机舱，6.合金钢杆，7.路径感知模块，8.控制主板安装孔，9.驱动电机，10.转向舵机，11.后轮齿轮，12.编码器，13.车模底盘，14，路径感知模块固定杆，15.控制主板，16.控制主板固定杆，21.第一电感，22.第二电感，23.第三电感，24.第四电感，25.第五电感，31.核心板，32.通信模块，33.稳压电路，34.电机驱动模块，35.拓展接口。

具体实施方案

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行具体清楚的描述，由于路况的不同以及环境的差异，所描述的是一部分实施例，并不是适用于所有场景，相关工作人员可以根据具体情形下的路况进行细节上的修改。

一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，包括：控制主板15、核心板31、路径感知模块7、运放模块0、通信模块32、程序调试模块；所述控制主板15、路径感知模块7、运放模块0通过导线连接；所述程序下载模块一端通过USB接口接入电脑，一端通过接插件连接至核心板程序下载口；所述控制主板包括稳压模块33、电机驱动模块34、接口拓展模块35。核心板31、通信模块32和运放模块0通过排针连接到所述的控制主板15上，所述的控制主板15将各个模块联系起来形成一个整体的系统；所述核心板31包括处理器、IO口排针、LED灯，所述IO口排针可以引出控制芯片的IO口，方便连接到所述的控制主板上，所述LED灯指示核心板是否正常工作。

所述调试模块通过USB端口连接到电脑，使用蓝牙与车辆上的通信模块32进行通信，便于对车辆进行调整，提高便携性；所述路径感知模块7通过电感检测行驶环境中的磁场信息，从而判断路径类型，核心板31的处理器通过路径类型来调整车辆的行驶状态；所述的运放模块0一端通过接插件与所述的路径感知模块7连接，一端与所述的控制主板15通过接插件连接，所述的运放模块0对路径感知模块7采集的信号进行滤波和放大，可以减小其余信号的干扰；所述的电机驱动模块34电源输入端直接与电源相连，信号输入端与核心板连接，输出端用接线端子引出连接到驱动电机9，所述的电机驱动模块34可以对核心板的占空比信号放大，对电流进行控制，从而控制电机的转动速度。

一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其功能在于，有黑色玻纤板为材质的为机架，多种模块围绕搭建。路径感知模块7由合金钢杆6作为支撑置于车辆前端。转向舵机10用螺钉固定在车模前端的舵机舱2内并且舵机转向杆与车模前轮1连接，用于控制小车的转向。驱动电机9同样用螺钉固定在车模尾部的电机舱5内部，并且驱动电机9的齿轮与后轮齿轮11啮合，控制驱动电机的转动即可驱动小车行进。控制主板15由控制主板固定杆16固定在车模电池仓3上方，电路板中间位置放置核心板31，核心板处理器对整个系统进行控制，路径感知模块7采集道路上的电磁信号，信号传递到运放模块0对电磁信号进行放大，再由运放模块0传递到核心板31的处理器后对电感信号进行处理，核心板31的处理器将处理后的控制信号发送给转向舵机10、驱动电机9、通信模块32等结构，实现转向，加减速和多车联动的功能。

道路检测模块上的电感采集到的电磁信号通过运放模块0进入核心板31的处理器后，核心板31的处理器将电磁信号进行数据的归一化(normalization)，以第一电感21为例，当第一电感21在漆包线正上方垂直于漆包线时，电磁信号达到最大值，将第一电感21向左或者向右移动时，电磁信号逐渐减小；当第一电感21与漆包线平行时，电磁信号最小，顺时针或者逆时针旋转第一电感21时，电磁信号逐渐增大。核心板31的处理器在接收到电感信号的数据时，通过不同电感数据不同判断当前所处的路段信息，根据路段信息进行转向实现小车正常的自动行驶功能，当检测到需要多车联动的特殊路段时，核心板31的处理器会控制通信模块32发送相应数据，已连接的通信模块32会接收到数据，并根据接收到的数据进行相应的动作反馈。

在实施例中统一把电磁信号的大小称作电感值。

【实施例1】

在直行路段，第三电感23垂直于电磁线正上方，电感值最大，第一电感21和第五电感25的值接近相等且小于最大值，第二电感22和第四电感24平行于漆包线，电感值最小。当这一类型的信号被输入到核心板31的处理器中，核心板31的处理器控制转向舵机10居中，并且控制驱动电机9转速变为最大。在直道上若需要实现多车联动，可以通过通信模块32发送直道信息以及小车的实时速度，跟随车采用同样的方式控制转向舵机10，根据通信模块32接收到的速度值实时调整自身速度，实现较好的联动。

【实施例2】

在弯曲路段，第三电感23会偏离道路中心而导致电感值减小，且电感值的减小量和弯曲角度成正相关。当道路向左弯曲时，第一电感21和第二电感22的电感值会高于直行的路段，第四电感24和第五电感25的电感值会低于直行的路段，此时采用差比和算法进行小车偏离赛道的误差分析，并通过PID算法实现小车的正常转向。

差比和算法的公式为：

其中L1代表第一电感21的电感值，L2代表第二电感22的电感值，R1代表第五电感25的电感值，R2代表第四电感24的电感值，A，B，C代表系数，可以取任意实数。

在得到error的值之后，核心板31的处理器将对其进行PID处理得到一个舵机应旋转角度的占空比值，核心板31的处理器将这个占空比值传递给转向舵机10，使其转动相应的角度，实现小车的循迹功能。

当道路向右弯曲时，第一电感21和第二电感22的电感值会低于直行路段，第三电感23和第四电感24的电感值会高于直行路段。同样使用差比和算法得到error，将其传递给PID函数进行数据处理，控制转向舵机10的右转。

当核心板31的处理器识别到弯曲路段的信号时，可以控制通信模块32向其他已连接的设备发送转弯的标志，同时可以发送转弯的角度和速度，跟随车可以根据接收到的拐角控制自身拐角以及接收到的速度进行速度调整，其余小车也可按照要求做出相应的反应。

【实施例3】

在圆环路段，由于两条线路的重叠，第三电感23的值达到最大，第一电感21和第五电感25同时增大，第二电感22和第四电感24的值也会跟着增大，如果第四电感24的电感值远大于第二电感22的电感值，核心板31的处理器接收到这种类型的数据时，会强行控制小车直行，在第二次检测到这种信号时，核心板31的处理器重新恢复差比和算法，这时小车会右拐进入环岛。当第二电感22的电感值远大于第四电感24的电感值时。核心板31的处理器会采取同样的方法控制小车左拐进入环岛。

在识别到环岛以及进入环岛后，核心板31的处理器同样会控制通信模块32发送信息，其余车辆可以通过接收到的信息决定是否需要进入环岛，或者其余车辆根据信息决定是否发车、停车等一系列活动。

【实施例4】

在三岔路口，小车的电感杆会超出道路漆包线的范围，故第一电感21，第三电感23，第五电感25均会发生减小，由于三条线之间存在夹角，故第二电感22和第四电感24会小幅度的增加，在这种类型的信号输入到核心板31的处理器之后，可以根据实际情况要求转向舵机10左转或者右转。在小车进入三岔路口一端后，可以通过通信模块32发送信息让跟随车进入相同或者不同的道路，同时也可以在三岔路口中实现加车，超车，停车等一系列操作。

【实施例5】

在电路板左上角留有的拓展接口可以实现简单的拓展功能，如固定生产线货物的传递，在目标路段可以设立特殊的电磁线铺设，当检测到目标电感值类型之后，核心板31的处理器通过通信模块32发送信息至接替车辆，并通过升降杆，小型自动工作台等机械工具实现货物的传递，在传递完成后行驶到返回路段，接替车辆出发，直到检车到下一个停车的电感值类型。

【实施例6】

小车尾部的编码器12在通电后一直处于工作状态，通过核心板31的处理器的定时器中断，每间隔相同时间读取一次速度，核心板31的处理器在接收到编码器12传输的数据后将速度输入PID函数进行数据处理得到目标速度的占空比，目标速度由当前道路信息决定。将占空比的值通过电机驱动模块传输到驱动电机9，实现小车的加速和减速，形成对小车速度的闭环控制。

Claims (9)

1.一种多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，包括：控制主板、核心板、路径感知模块、运放模块、通信模块、调试模块，程序下载模块，速度检测模块；所述控制主板、路径感知模块、运放模块通过接插件连接；所述控制主板包括稳压模块、电机驱动模块、接口拓展模块；核心板、通信模块和运放模块通过排针连接到所述控制主板上，所述控制主板将各个模块联系起来形成一个整体的系统；

所述的核心板包括处理器、IO口排针、LED灯，所述IO口排针可以引出处理器的IO口功能引脚，便于通过排针连接到所述控制主板上，所述LED灯用于指示核心板是否正常工作；

所述的程序下载模块一端通过USB连接到电脑，一端通过接插件连接到所述的核心板的程序下载口，用于将程序烧录进核心板处理器；

所述的调试模块通过USB端口连接到电脑，在调试时使用蓝牙与车辆上的通信模块进行通信，便于对车辆进行调整，提高便携性；

所述的路径感知模块通过电感检测行驶环境中的磁场信息，从而判断路径类型，核心板处理器通过路径信息来调整车辆的行驶状态；

所述的运放模块一端通过接插件与所述路径感知模块连接，一端与所述控制主板通过接插件连接，所述的运放模块对路径感知模块采集的信号进行滤波和放大，减小其余信号的干扰；

所述的电机驱动模块输入端接收电源的电流和核心板处理器的占空比信号，输出端通过接线端子引出，接线端子使用导线与电机相连，所述的电机驱动模块采用H桥电路，控制电机的正反转，通过占空比信号的控制，实现电机的加速和减速；

所述的通信模块在上电后开始运行，车辆之间的通信模块通过蓝牙连接，在通电后搜索和连接已配对的设备，实现多车之间的通信；主车开始行驶时，所述的核心板处理器会根据电磁信号的不同控制所述的通信模块发送不同的信息，跟随车在收到“发车”信息后，所述的核心板处理器控制车辆开始行驶，并且根据接收到的速度信息调整车速，防止与主车相撞；在圆环道路，分叉道路等特殊道路中，还可以实现其余跟随车辆的插入，停车等目的。

2.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的核心板处理器采用逐飞科技的CH32V307单片机。

3.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的通信模块采用逐飞科技的互联型CH573F无线组网模块，所述通信模块的串口端与所述核心板的串口端直接连接。

4.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的运放模块采用LM386运放芯片，芯片输入端与第一电容的右端相连，电感信号从第一电容和第二电容左端输入，第二电容右端接地；芯片输出端连接第三电容，第三电容右端连接第一LED、第二LED，第一LED右端输出放大后的电感信号，第二LED右端接地；当输出端信号输入到所述的核心板处理器之后，核心板处理器根据信号类型来判断当前的路径信息。

5.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的电机驱动模块使用一个74HC244芯片和两个BTS7960芯片，所述的74HC244芯片的两个信号输入端接收核心板处理器的占空比信号，对应的两个输出端与两个BTS7960芯片的信号输入端相连，所述BTS7960芯片的输出端一方面连接到电机上，另一方面通过电阻连接第三LED，用于指示电机驱动模块的正常工作。

6.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的调试模块还包括：OLED显示屏，OLED显示屏显示核心板处理器接收和处理后的数据，进行实时数据检测，提高便携性。

7.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的稳压模块使用LM2940稳压芯片，所述的LM2940稳压芯片的输入端和电源连接，输出端分别连接所述的核心板，所述的运放模块，所述的电机驱动模块，所述的通信模块。

8.如权利要求7所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于，所述的稳压模块还包括：LM1117稳压芯片，其输入端与所述的LM2940稳压芯片的输出端相连；所述的稳压模块将电源的高电压进行降压得到控制系统模块所需的电压，保证各个模块正常运行。

9.如权利要求1所述的多车通信的电磁循迹智能车控制系统，其特征在于速度检测模块使用光电编码器进行速度检测，所述光电编码器通过正交解码的方式读取轮子的转速，可以判断车辆是前进状态还是后退状态。

Images