一種教學智能車控制系統的製作方法
2023-06-05 14:56:21
一種教學智能車控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種教學智能車的控制系統，統包括電源模塊、圖像採集模塊、傳感器模塊、控制模塊、運動執行模塊、通訊模塊、數據存儲模塊，所述圖像採集模塊連接控制模塊，用於採集圖像信息、電磁信息並發送給控制模塊進行信息處理，進而生成運動控制信息；所述運動執行模塊連接控制模塊，用於根據所述運動控制信息，實現模型車的轉向和變速；所述傳感器模塊連接控制模塊，檢測運動執行模塊的執行情況，並將這些信息反饋給所述控制模塊,控制系統進行處理並修正運動控制信息；所述通訊模塊連接控制器模塊，用於通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤；所述數據存儲模塊連接控制器模塊，用於對所述智能車採集的數據進行存儲。
【專利說明】一種教學智能車控制系統【技術領域】
[0001]本發明涉及電氣自動化、汽車電子領域，特別涉及教學智能車控制系統。
【背景技術】
[0002]21世紀隨著的我國經濟快速發展，高素質人才需求不斷增加。這是現階段經濟社會發展的客觀要求，這也促進我國高等教育不斷改革。為了培養學生的綜合素質、提高學生創新能力，教育部及高校進行了很多探討，如組織了很多課外實踐競賽活動:全國大學生電子設計競賽，全國大學生機械創新設計大賽，全國大學生智能汽車競賽，全國大學生數學建模競賽，機器人創新大賽等活動。這些競賽活動是面向全國大學生的一種具有探索性工程實踐活動。通過這些年競賽，可以看出在促進高等學校素質教育，培養學生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創新意識，激發學生從事科學研究與探索的興趣和潛能方面有了很好的效果。這種綜合性強、專業性高的競賽需要一定水平的學生投入大量的精力，同時要求有一個很好的硬體平臺提供給學生學習。而這些硬體開發平臺的模塊搭建相對複雜，學生自己開發周期長，製作費用也相對較高。因此，普及性不高只鍛鍊了少部分學生的能力，同時市場上也有51系列的單片機開發板，但因為其內核簡易，功能少不能滿足複雜的控制系統。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種教學智能車控制系統，控制器具有接口資源豐富、功能全面、功能多樣、快速入門的特點。
[0004]一種教學智能車的控制系統，統包括電源模塊、圖像採集模塊、傳感器模塊、控制模塊、運動執行模塊、通訊模塊、數據存儲模塊，所述圖像採集模塊連接控制模塊，用於採集圖像信息、電磁信息並發送給控制模塊進行信息處理，進而生成運動控制信息；所述運動執行模塊連接控制模塊，用於根據所述運動控制信息，實現模型車的轉向和變速；所述傳感器模塊連接控制模塊，檢測運動執行模塊的執行情況，並將這些信息反饋給所述控制模塊，控制系統進行處理並修正運動控制信息；所述通訊模塊連接控制器模塊，用於通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤；所述數據存儲模塊連接控制器模塊，用於對所述智能車採集的數據進行存儲。
[0005]所述電源模塊連接主控制模塊，用於為系統各模塊供電。
[0006]該系統還包括人機互動接口，所述人機互動接口連接主控制器模塊，用於開發人員對控制程序參數設定修改。所述的數據存儲採用SD卡。
[0007]該系統還包括擴展接口，所述擴展接口連接主控制器模塊。
[0008]所述的擴展接口包括預留IO接口和預留AD接口 ；所述預留IO接口，用於拓展的數字信息的輸入輸出；所述的預留AD接口，用於拓展的模擬信號的輸入。
[0009]所述的電源模塊包括用於為系統各種模塊提供電源的主電源單元、用於為拓展接口供電的拓展電源單元和備用電源單元。[0010]所述的圖像採集模塊包括:一路攝像頭、兩路電磁傳感器和三路線性CXD傳感器；所述兩路電磁傳感器，用於採集路面交流變化的磁場信息；所述攝像頭傳感器，用於採集路面顏色信息；所述線性CCD傳感器，用於採集路面顏色信息。
[0011]所述的傳感器模塊包括陀螺儀傳感器、加速度傳感器和兩路編碼器；所述陀螺儀、加速度傳感器，用於監測所述智能車姿態角及運動方向；所述編碼器，提供測量所述智能車的轉速測定所述智能車的運行速度。
[0012]所述的運動執行模塊包括電機驅動和舵機；所述電機驅動，用於驅動所述智能車的速度，同時兼容單電機驅動和雙電機驅動模式；所述舵機，用於控制所述智能車的方向。
[0013]本發明的有益效果為:1、系統全面，同時涉及4個系列單片機；2、接口資源豐富，具備小車上所有的電器模塊；3、功能多樣，能夠實現不同方式的行駛；4，快速入門，開發人員藉助此平臺很快可以進行程序開發。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面對本發明說明書各幅附圖表達的內容及圖中的標記作簡要說明:
[0015]圖1本發明實施方式中教學智能車控制系統的結構框圖；
[0016]在圖1中，100.電源模塊，101.主電源單元，102.備用電源單元、103.拓展電源單元；200.控制模塊，201.XS128最小系統模塊，202.MK60最小系統模塊，203.KL25最小系統模塊，204.MCF5225X最小系統模塊，300.圖像採集模塊，301.電磁傳感器，302.攝像頭，303.線性CCD傳感器，400.傳感器模塊，401.陀螺儀傳感器，402.加速度傳感器，403.編碼器，500.擴展接口，501.預留IO接口，502.預留AD接口，600.人機互動接口，601.按鍵，602.0LED液晶屏，700.運動執行模塊，701.電機驅動接口，702.舵機，800.通訊模塊，900.數據存儲模塊。
【具體實施方式】
[0017]下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發明的【具體實施方式】如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
[0018]如圖1所示，所述教學智能車控制系統包括:電源模塊100、控制模塊200、圖像採集模塊300、傳感器模塊400、擴展接口 500、人機互動接口 600、運動執行模塊700、通訊模塊800、數據存儲模塊900。所述電源模塊100連接控制模塊200，為控制模塊200及各個模塊提供電源；所述圖像採集模塊300連接控制模塊200，用於採集各種圖像信息、電磁信息，所述的圖像信息、電磁信息給所述控制模塊進行信息處理，進而生成運動控制信息；所述傳感器模塊400連接控制模塊200，檢測所述運動執行模塊的執行情況，並將這些信息反饋給所述控制系統，控制系統進行處理並修正運動控制信息；所述運動執行模塊700連接控制模塊200，用於根據所述運動控制信息，實現模型車的轉向和變速。
[0019]所述的控制t旲塊200能夠支持Freescale四種系列單片機最小系統t旲塊，包括:XS128最小系統模塊201，MK60最小系統模塊202，KL25最小系統模塊203，MCF5225X最小系統模塊204 ;所述乂3128最小系統模塊201，用於所述Freescale XS128系列單片機，對所述智能車進行控制；所述MK60最小系統模塊202是智能車控制系統的信息處理、運算控制中心，採集各個信息並輸出控制信息用於對所述智能車進行控制；所述KL25最小系統模塊202是智能車控制系統的信息處理、運算控制中心，採集各個信息並輸出控制信息用於對所述智能車進行控制；所述MCF5225X最小系統模塊204是智能車控制系統的信息處理、運算控制中心，採集各個信息並輸出控制信息用於對所述智能車進行控制，控制器模塊和控制器系統的各個模塊接口連接完全兼容。
[0020]所述XS128最小系統模塊201採用Freescale公司的16位S12X V2CPU內核微控制器MC9S12XS128MAL，此晶片40MHz總線頻率、帶錯誤校正功能(ECC)、8KB Flash用於實現數據或程序存儲、8路16位計數器、4路外部事件觸發中斷輸入埠、I個SPI模塊、2個SCI串行通信模塊支持LIN總線、I個CAN總線模塊、8路PWM、16路ADC等。由此可看出所述XS128最小系統模塊採用一些外圍電路模塊就可以搭建一個完善智能車控制系統；所述MK60最小系統模塊202採用Freescale公司的32位基於ARM Cortex TM-M4內核低功耗、混合信號微控制器MK60DN512ZVLQ10，是Kineits系列中集成度最高的晶片。K60晶片具有32路DMA供外設和存儲器，IOOMHz總線頻率，512K Flash和128K SRAM, 33路單路和4路差分的16位AD轉換，2路12位DA轉換，8路電機控制，2路方波解碼，4路可編程定時器，SD卡主機控制器，6路UART，IIC, HS, SPI，CAN，USB2.0全速和高速接口支持OTG，IEEE1588乙太網接口等。由此可看出所述XS128最小系統模塊採用一些外圍電路模塊就可以搭建一個完善智能車控制系統；所述KL25最小系統模塊203採用Freescale公司的Kinetis L系列微控制器目前市場上能效極高的32位微控制器MKL25Z128VLK4。此晶片採用是基於Cortex-MO+內核具有功耗極低、處理數據能力較強，48MHz總線頻率，90nm薄膜存儲(TFS)、帶有位處理引擎，深度睡眠模式下，可在不喚醒內核的情況下進行智能決策並處理數據。由此可看出所述KL25最小系統模塊採用一些外圍電路模塊就可以搭建一個完善智能車控制系統；所述MCF5225X最小系統模塊204採用Freescale公司32位的ColdFire系列微控制器MCF52255CAF80，此晶片是帶MMU和EMAC的V4內核，80MHz總線頻率，16通道的DMA控制器，帶ULPI支持的USB2.ΟΟη-the-Go控制器，32位PCI控制器，2個乙太網MACs，隨機數產生器，同步串行接口(SSI)，4個周期中斷定時器(PIT)，4個帶DMA支持的32位定時器，DMA支持的串行外設接口(DSPI)，3個UARTs，I2C總線接口等。這幾款晶片16至32位的內核、40至IOOMHz的總線頻率能高效並且易於使用的控制和信號處理能，ADC、SC1、LIN、CAN、PWM、Timer等資源可以完成電壓採集、通信、定時、電機控制等功能。由此可看出所述MCF5225X最小系統模塊採用一些外圍電路模塊就可以搭建一個完善智能車控制系統。
[0021]所述的電源模塊100包括主電源單元101，備用電源單元102和擴展電源單元103 ;所述主電源單元101是藍宙電子設計的一款具有3.3V、5V、6V、12V多項電壓輸出的模塊，用於提供各種模塊的電源；所述備用電源單元102，用於提供控制器模塊的電源；所述擴展電源單元103具有3.3V、5V、12V多項電壓輸出，用於提供拓展模塊的電源。
[0022]所述的圖像採集模塊300包括:兩路電磁傳感器301，一路攝像頭302和三路線性CCD傳感器303 ;所述兩路電磁傳感器301是藍宙電子設計的一款將弱小電磁信號放大的模塊，用於採集路面特定頻率交流變化的磁場信息；所述攝像頭傳感器302採用0V7620數字攝像頭，用於採集路面顏色信息；所述線性CCD傳感器303採用藍宙設計的一款TSL140帶運放處理的模塊，用於採集路面顏色線性信息。[0023]所述的傳感器模塊400包括:陀螺儀、加速度傳感器401接口和兩路編碼器202 ；所述陀螺儀、加速度傳感器401採用ENC-03R陀螺儀晶片和MMA7361LC加速度晶片，用於監測所述智能車姿態角及運動方向；所述編碼器402可用市場上歐姆龍編碼器或光電碼盤均可測量所述智能車的轉速，再將這些轉速輸入給主控制器，控制器模塊進行計算就可以轉換成所述智能車的運行速度。
[0024]所述的教學智能車控制系統還包括:擴展接口 500 ;所述擴展接口 500連接主控制器板200，用於對所述智能車其他功能的拓展。
[0025]所述的擴展接口 500包括:預留IO接口 501和預留AD接口 502 ;所述預留IO接口，用於拓展的數字信息的輸入輸出；所述的預留AD接口，用於拓展的模擬信號的輸入。
[0026]所述的教學智能車控制系統還包括:人機互動接口 600 ;所述人機互動接口 600連接主控制器板200，用於開發人員對控制程序參數設定修改。
[0027]所述的人機互動接口包括:5路按鍵601和OLED液晶屏602 ;所述5路按鍵用於開發人員對模式選擇和車速參數設置；所述OLED液晶屏(Organic Light-Emitting Diode)顯示車輛參數信息。其具備輕薄、省電等特性，這種顯示設備在MP3播放器上得到了廣泛應用，所以購買學習開發也很方便。
[0028]所述的運動執行模塊700包括:電機驅動701和舵機702 ;所述電機驅動701採用集成電機驅動晶片，通過單片機輸出的PWM值驅動所述智能車的速度，同時兼容單電機驅動和雙電機驅動模式；所述舵機702用於控制所述智能車的方向。
[0029]所述的教學智能車控制系統還包括通訊模塊800 ;所述通訊模塊800連接控制模塊200，用於通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤。
[0030]所述的通訊模塊採用無線藍牙模塊801，同時也支持其他無線模塊如WIFI模塊等；所述無線藍牙支持通用異步串行通信協議(UART)進行通訊，此種模塊市場上也很常見使用也很方便。
[0031]所述的教學智能車控制系統還包括數據存儲900 ;所述數據存儲連接控制模塊200，用於對所述智能車採集的大量數據進行存儲。
[0032]所述的數據存儲採用SD卡模塊901 ;所述SD卡模塊901，將所述控制器模塊的單片機處理數據進行片外數據存儲。
[0033]電磁信號識別自動行駛:所述智能車按照指定的地圖，通過電磁傳感器301採集特定頻率變化的磁場信號進行放大後輸入給控制器模塊AD接口，控制器模塊進行計算出車輛的偏離軌跡的位置，再通過編碼器402測得的脈衝信號輸入給控制模塊200算出當前的車速。控制模塊200通過當前的車速和位置進行PID算法處理，輸出相應的PWM值給電機驅動701使其驅動智能車運動，同時也輸出相應PWM而給舵機702使其智能車實現轉向。
[0034]線性CCD圖像識別直立自動行駛:所述智能車按照指定的地圖，加速度、陀螺儀傳感器301採集車輛的加速度值和角速度值輸入給控制器模塊AD接口，控制器模塊算出車輛直立的態通過PID算法處理輸出PWM信號給電機驅動701使其驅動智能車運動保持車體直立。線性CCD傳感器303採集弓I導線信號輸入給控制器模塊AD接口，控制器模塊晶片進行計算出車輛的偏離軌跡的位置，再通過編碼器402測得的脈衝信號輸入給控制模塊200算出當前的車速。控制模塊200通過當前的車速和位置進行PID算法處理，輸出相應的PWM值給雙電機驅動701使其驅動智能車運動，同時利用兩個電機的不同速度實現轉向。[0035]無線遙控勘探:所述智能車，通過攝像頭傳感器303採集周邊圖像輸入給主控制器AD接口，控制器模塊進行圖像處理，再通過藍牙模塊801傳輸入給的電腦。操作人員通過傳回來的圖像進行判斷是否到達指定勘測地點。如果沒有，操作人員通過無線遙控讓小車到達指定地點進行勘測。
[0036]本發明的只是在系統結構方面創新，本發明的「控制模塊」等計算機相關程序為現有技術，數據處理和圖像處理為「控制模塊」(計算機)的最主要的作用之一，目前電腦程式在數據處理相關方面已經非常成熟，能夠處理各種數據；目前ZL201220460863.3等專利都說明「控制模塊」在數據處理和圖像處理等的程序方面都為現有技術。
[0037]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種教學智能車的控制系統，其特徵在於:該系統包括電源模塊(100)、圖像採集模塊(300 )、傳感器模塊(400 )、控制模塊(200 )、運動執行模塊(700 )、通訊模塊(800 )、數據存儲模塊(900)， 所述圖像採集模塊(300)連接控制模塊(200)，用於採集圖像信息、電磁信息並發送給控制模塊進行信息處理，進而生成運動控制信息； 所述運動執行模塊(700 )連接控制模塊(200 )，用於根據所述運動控制信息，實現模型車的轉向和變速； 所述傳感器模塊(400)連接控制模塊(200)，檢測運動執行模塊的執行情況，並將這些信息反饋給所述控制模塊，控制系統進行處理並修正運動控制信息； 所述通訊模塊(800)連接控制器模塊(200)，用於通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤； 所述數據存儲模塊(900)連接控制器模塊(200)，用於對所述智能車採集的數據進行存儲， 所述電源模塊(100)連接控制模塊(200)，用於為系統各模塊供電。
2.根據權利要求1所述的教學智能車的控制系統，其特徵在於:該系統還包括人機互動接口(600)，所述人機互動接口(600)連接控制器模塊(200)，用於開發人員對控制程序參數設定修改。
3.根據權利要求1所述的教學智能車的控制系統，其特徵在於:所述的數據存儲模塊(900)採用SD卡。
4.根據權利要求1所述的教學智能車的控制系統，其特徵在於:該系統還包括擴展接口( 500 )，所述擴展接口( 500 )連接控制器模塊(200 )。
5.根據權利要求4所述的教學智能車控制系統，其特徵在於:所述的擴展接口(500)包括預留IO接口(501)和預留AD接口(502);所述預留IO接口(501)，用於拓展的數字信息的輸入輸出；所述的預留AD接口(502)，用於拓展的模擬信號的輸入。
6.根據權利要求1所述的教學智能車控制系統，其特徵在於:所述的電源模塊(100)包括用於為系統各種模塊提供電源的主電源單元(101)、用於為拓展接口供電的拓展電源單元(103)和備用電源單元(102)。
7.根據權利要求1所述的教學智能車控制系統，其特徵在於:所述的圖像採集模塊(300)包括一路攝像頭(302)、兩路電磁傳感器(301)和三路線性CXD傳感器(303);所述兩路電磁傳感器(301)，用於採集路面交流變化的磁場信息；所述攝像頭傳感器(302)，用於採集路面顏色信息；所述線性CCD傳感器(303)，用於採集路面顏色信息。
8.根據權利要求1所述的教學智能車控制系統，其特徵在於:所述的傳感器模塊(400)包括陀螺儀傳感器(401)、加速度傳感器(402)和兩路編碼器(403);所述陀螺儀(401 )、加速度傳感器(402)，用於監測所述智能車姿態角及運動方向；所述編碼器(403)，提供測量所述智能車的轉速測定所述智能車的運行速度。
9.根據權利要求1所述的教學智能車控制系統，其特徵在於:所述的運動執行模塊(700)包括電機驅動(701)和舵機(702);所述電機驅動(701)，用於驅動所述智能車的速度，同時兼容單電機驅動和雙電機驅動模式；所述舵機(702)，用於控制所述智能車的方向。
【文檔編號】G05D1/02GK103885448SQ201410126670
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】金立立, 閆琪, 王江, 朱德亞, 熊小龍, 廉德富 申請人:蕪湖藍宙電子科技有限公司