CN220872914U - 一种非编程电磁循迹小车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种非编程电磁循迹小车，包括车体、移动装置和电路控制系统；所述移动装置包括车轮和驱动电机；所述电路控制系统包括主控制器、磁场信号采集模块和电机驱动模块；所述磁场信号采集模块分为左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块，每路磁场信号采集模块包括电磁感应模块和信号处理模块；所述信号处理模块包括信号放大模块和信号比较模块；所述信号比较模块通过调整比较电压来单独控制每路磁场信号采集模块的输出信号；所述主控制器采用数字逻辑电路结构，其输入端分别与两组磁场信号采集模块的输出端连接，输出端则与电机驱动模块的输入端连接。通过上述改进，可以降低本实用新型的非程电磁循迹小车的制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种循迹小车，具体涉及一种非编程电磁循迹小车。
背景技术
自动寻迹小车是一种可以自动识别道路、自动驾驶的模型小车。例如授权公告号为CN205563269U的实用新型专利过公开了“一种基于电磁寻迹的智能车”，所述智能车包括主控制器、电磁传感器、测速传感器、人机交互模块、电机驱动模块、转向舵机和电源管理模块，所述主控制器分别与所述磁传感器、所述测速传感器和所述人机交互模块通讯连接，所述主控制器的信号输出端分别与所述电机驱动模块和转向舵机的信号输入端连接，所述电源管理模块为智能车的各个单元供电；所述智能车通过主控模块收集由经过信号放大芯片放大的电磁信号和速度信号控制电机驱动模块和转向舵机模块，同时控制人机交互液晶模块显示当前车辆信息，需要实时修改车身行驶参数，可通过机交互模块进行设置，并且具有结构简单、性能稳定和形势较为安全的优点。然而上述的智能车中的主控制器采用单片机，这样会极大地提高制造成本。
实用新型内容
本实用新型在于克服现有技术的不足，提供一种非编程电磁循迹小车，所述非编程电磁循迹小车的制造成本更低。
本实用新型用于解决现有技术问题的技术方案是：
一种非编程电磁循迹小车，包括车体、设置在车体上的移动装置以及电路控制系统，其中，
所述移动装置包括车轮以及用于驱动所述车轮转动的驱动电机，其中，所述车轮分为左侧车轮和右侧车轮；对应的，所述驱动电机分为左侧驱动电机和右侧驱动电机，所述左侧驱动电机用于驱动左侧车轮，所述右侧驱动电机则用于驱动右侧车轮；
所述电路控制系统包括主控制器、磁场信号采集模块和电机驱动模块，其中，所述磁场信号采集模块分为左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块，该磁场信号采集模块包括电磁感应模块和信号处理模块，其中，所述电磁感应模块用于检测导航导线产生的电磁信号；所述信号处理模块包括信号放大模块和信号比较模块，其中，所述信号放大模块用于对所述电磁感应模块采集到的电磁信号进行放大；所述信号比较模块则通过调整比较电压来单独控制左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块的输出信号；
所述主控制器采用数字逻辑电路结构，该主控制器的输入端分别与两组磁场信号采集模块的输出端连接，输出端则与所述电机驱动模块的输入端连接。
优选的，所述电磁感应模块采用LC并联谐振电路。
优选的，所述信号放大模块为两级放大电路，其中，第一级放大电路采用三极管放大电路，而第二级放大电路采用基于集成运放搭建的同相输入放大电路。
优选的，所述信号比较模块采用比较器电路。
优选的，所述电机驱动模块包括左路电机驱动模块和右路电机驱动模块。
优选的，所述逻辑电路结构为与非门电路结构。
优选的，所述非门电路结构采用型号为74HC00N的4与非门芯片，其中，所述与非门芯片的第1引脚和第2引脚与左路磁场信号采集模块的输出端连接；
所述与非门芯片的第4引脚和第5引脚与右路磁场信号采集模块的输出端连接；
所述与非门芯片的第8引脚与左路电机驱动模块的控制端连接；
所述与非门芯片的第11引脚与右路电机驱动模块的控制端连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：
1、本实用新型的非编程电磁循迹小车中的主控制器采用数字逻辑电路结构，相较于采用单片机而言，成本更低。
2、本实用新型的非编程电磁循迹小车中的两组磁场信号采集模块中均单独采用信号比较模块，以此实现对两路电磁谐振感应信号的独立调整，从而更好地适应两路电子元件参数不一致的情况，循迹性能表现优秀，具有很强的鲁棒性和实用性。
附图说明
图1为本实用新型的非编程电磁循迹小车的系统框图。
图2为本实用新型的非编程电磁循迹小车中的电路控制系统的原理图。
图3为LC并联谐振电路的原理图。
图4为第一级放大电路的原理图。
图5为峰值保持电路的原理图。
图6为第二级放大电路的原理图。
图7为比较器电路的原理图。
图8为与非门芯片74HC00N的封装图。
图9为与非门芯片74HC00N的实际接线图。
图10为电机驱动模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
参见图1和图2，本实用新型的非编程电磁循迹小车包括车体、设置在车体上的移动装置以及电路控制系统，其中，所述移动装置包括车轮以及用于驱动所述车轮转动的驱动电机，其中，所述车轮分为左侧车轮和右侧车轮；对应的，所述驱动电机分为左侧驱动电机和右侧驱动电机，所述左侧驱动电机用于驱动左侧车轮，所述右侧驱动电机则用于驱动右侧车轮；所述电路控制系统包括主控制器、磁场信号采集模块和电机驱动模块，其中，所述磁场信号采集模块分为左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块，该磁场信号采集模块包括电磁感应模块和信号处理模块，其中，所述电磁感应模块用于检测导航导线产生的电磁信号；所述信号处理模块包括信号放大模块和信号比较模块，其中，所述信号放大模块用于对所述电磁感应模块采集到的电磁信号进行放大；所述信号比较模块则通过调整比较电压来单独控制左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块的输出信号；所述主控制器采用数字逻辑电路结构，该主控制器的输入端分别与两组磁场信号采集模块的输出端连接，输出端则与所述电机驱动模块的输入端连接。
参见图3，所述电磁感应模块采用LC并联谐振电路，本实施例中共有两路LC并联谐振电路，其中一路如图3所示，两路LC并联谐振电路拓扑和参数一样，并联谐振信号频率与交变磁场频率一致，其中，谐振出来的信号幅值与LC并联谐振电路离通电导线(即导航导线)的距离r有关，感应电压在几毫伏到十几毫伏之间。根据并联谐振公式图3所示电路对频率20KHz交流电所产生的交变磁场发生谐振作用，可检测通电导线附近的磁场强度。
进一步地，根据上述公式也可以设计不同频率交变磁场的并联谐振电路，只需更换不同参数值的电感L、电容C即可。
参见图4-图6，所述信号放大模块为两级放大电路，其中，
第一级放大电路采用经典三极管放大电路，放大倍数为几十倍，其中一路第一级放大电路如图4所示；其中的三极管Q1可采用普通的9013或者8050等型号NPN晶体管，由于射极电阻R9引入了负反馈，所以实际电路的放大倍数一般在30-50倍之间。LC并联谐振信号经电容C2耦合，电阻R3和电阻R8用于设置三极管Q1的静态工作点，电阻R9用于改善三极管Q1的静态工作点，并提供直流负反馈以稳定三极管Q1的工作状态，射极旁路电容C5可有效提高三极管Q1对交流小信号的放大能力。通过三极管Q1放大后的信号经电容C1耦合到峰值保持电路，其中，所述的峰值保持电路由二极管D1、二极管D2、电容C4和电阻R6组成(如图5所示)，该峰值保持电路能够获得平缓波动的电压信号，该电压信号的电压大小与距离通电导线的距离r成近似线性关系，一般在几十到几百毫伏左右，接着将该电压信号送到第二级放大电路中。
在上述过程中，对三极管Q1的静态工作点进行分析：
基极电压发射极电压Ve＝Vb-0.7＝1.55(V)，对20KHz交流小信号，100nF电容的阻抗为/>可见射极旁路电容C5对交流信号的容抗比较小，交流电流几乎全部通过电容C5流入地，不受射极电阻R9的负反馈影响，可有效提高三极管Q1对交流信号的放大能力。
第二级放大电路采用基于集成运放搭建的同相输入放大电路，放大倍数设定为不超过50倍，因为输入是平缓波动的电压信号，所以集成运放采用普通运放即可，比如常用的LM358，这样可以进一步降低成本。同相输入放大电路的放大倍数为电路如图6所示。
参见图7，所述信号比较模块采用比较器电路；本实施例中不直接比较两路电磁谐振信号的电压，而是对每一路电磁谐振放大信号都加入一个独立的比较器电路，让每一路电磁谐振放大信号可以单独调整比较电压，不再受两路电子元件实际参数差异带来的循迹偏差影响，这样可以大大提高循迹电路的鲁棒性、灵活性和实用性。由于前面设置有峰值保持电路，因此放大信号变化比较平缓，故而比较器电路采用普通运放即可；其中一路电路如图7所示。
参见图8和图9，所述主控制器采用的4与非门芯片74HC00N，使用4个与非门构成一个RS触发器，触发器输入端R为74HC00N芯片的1、2引脚(对应左路谐振信号输入)，触发器输入端S为74HC00N芯片的4、5引脚(对应右路谐振信号输入)，触发器输出端(8脚)和Q(11脚)分别作为左路电机驱动模块和右路电机驱动模块的控制信号，实际电路连线如图9所示。RS触发器真值表如表1所示：
其中，小车的左转和右转通过左右车轮的转速差来实现。
参见图10，所述电机驱动模块可以采用半桥结构，如果电机功率比较大，可以采用MOS管驱动芯片。这里作为示例，采用普通三极管+小功率电机结构，峰值电流不超过1.5A。需要注意的是电机两端需要并联一个快恢复续流二极管(D6和D7)，以避免电机堵转而导致烧坏74HC00N芯片；具体电路如下图10所示。
上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种非编程电磁循迹小车，其特征在于，包括车体、设置在车体上的移动装置以及电路控制系统，其中，
所述移动装置包括车轮以及用于驱动所述车轮转动的驱动电机，其中，所述车轮分为左侧车轮和右侧车轮；对应的，所述驱动电机分为左侧驱动电机和右侧驱动电机，所述左侧驱动电机用于驱动左侧车轮，所述右侧驱动电机则用于驱动右侧车轮；
所述电路控制系统包括主控制器、磁场信号采集模块和电机驱动模块，其中，所述磁场信号采集模块分为左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块，该磁场信号采集模块包括电磁感应模块和信号处理模块，其中，所述电磁感应模块用于检测导航导线产生的电磁信号；所述信号处理模块包括信号放大模块和信号比较模块，其中，所述信号放大模块用于对所述电磁感应模块采集到的电磁信号进行放大；所述信号比较模块则通过调整比较电压来单独控制左路磁场信号采集模块和右路磁场信号采集模块的输出信号；
所述主控制器采用数字逻辑电路结构，该主控制器的输入端分别与两组磁场信号采集模块的输出端连接，输出端则与所述电机驱动模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，所述电磁感应模块采用LC并联谐振电路。
3.根据权利要求1所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，所述信号放大模块为两级放大电路，其中，第一级放大电路采用三极管放大电路，而第二级放大电路采用基于集成运放搭建的同相输入放大电路。
4.根据权利要求1所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，所述信号比较模块采用比较器电路。
5.根据权利要求1所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，所述电机驱动模块包括左路电机驱动模块和右路电机驱动模块。
6.根据权利要求5所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，所述数字逻辑电路结构为与非门电路结构。
7.根据权利要求6所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，所述非门电路结构采用型号为74HC00N的4与非门芯片。
8.根据权利要求7所述的非编程电磁循迹小车，其特征在于，
所述与非门芯片的第1引脚和第2引脚与左路磁场信号采集模块的输出端连接；
所述与非门芯片的第4引脚和第5引脚与右路磁场信号采集模块的输出端连接；
所述与非门芯片的第8引脚与左路电机驱动模块的控制端连接；
所述与非门芯片的第11引脚与右路电机驱动模块的控制端连接。
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