專利名稱：一種基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小車測距控制系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種基于超聲波的小 車測距控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術：
交通安全已經成為社會關注的焦點，對于如何躲避障礙物的小車目前已有不少 相關產品或專利申請。主要的是以機械設備來實現躲避障礙物的目的，例如專利號為 94244337. 3的專利“汽車安全倒車障礙報警器”，該報警器主要通過電路等裝置來實現，結 構復雜，并且若出現故障，則檢查起來也不容易。如何研制一種體積小、結構簡單、檢修方 便，并且滿足高精度的躲避障礙物的系統(tǒng)是本申請的發(fā)明人致力于研究和解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的缺陷而提供一種基于超聲波的小車測距控制 系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)結構簡單，能夠在小車行進過程中檢測出障礙物，并避開該障礙 物，提高了行車安全。實現上述目的的技術方案是本發(fā)明之一的一種基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，包括一小車，其中，還包括 一主控制器模塊、分別與該主控制器模塊相連的速度檢測模塊、轉向控制模塊和電機驅動 模塊，以及一分別給所述的主控制器模塊、速度檢測模塊、電機驅動模塊供電的電源管理模 塊，該電源管理模塊通過所述的電機驅動模塊給所述的轉向控制模塊供電，其中所述的主控制器模塊包括依次相連的超聲波距離檢測模塊、第二核心控制器以及 第一核心控制器，其中所述的超聲波距離檢測模塊通過超聲波檢測小車前方上的障礙物距離數據，并將 該障礙物距離數據輸出給所述的第二核心控制器；所述的第二核心控制器將接收到的障礙物距離數據發(fā)送給所述的第一核心控制 器，該第二核心控制器內部集成有語音提示及功放模塊以對接收到的數據進行語音提示；所述的第一核心控制器對接收到的障礙物距離數據進行分析以決定小車運動速 度和方向，它輸出控制信號給所述的轉向控制模塊，并且還輸出驅動信號給所述的電機驅 動模塊；所述的速度檢測模塊包括一編碼器，該編碼器安裝于小車車輪的軸上，該編碼器 間接檢測小車的間接速度值，并將該間接速度值發(fā)送給所述的第一核心控制器； 所述的電機驅動模塊包括依次相連的電子變速器和電動機，所述的電子變速器接 收所述的電源管理模塊輸出的信號，并分別輸出信號給所述的電動機和轉向控制模塊以進 行供電； 所述的轉向控制模塊包括一第一舵機和一第二舵機，該第一舵機和第二舵機實現 小車的轉向；
所述的電源管理模塊分別給所述的第一核心控制器、第二核心控制器、編碼器供 電，還通過所述的電子變速器給所述的電動機以及轉向控制模塊供電。上述的基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，其中，所述的編碼器為光電編碼器。上述的基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，其中，所述的電源管理模塊采用鎳鎘電 池。本發(fā)明之二的一種小車測距控制系統(tǒng)的控制方法，其中，包括以下步驟步驟Si，初始化步驟，對小車測距控制系統(tǒng)中的各個模塊進行初始化；步驟S2，啟動及采集步驟，啟動小車的電動機，小車開始行駛并采集超聲波信號；步驟S3，判斷是否有超聲波信號到達，若有超聲波信號到達，則進入步驟S4 ；若沒有超聲波信號到達，則等待t時間后返回步驟S3，t為正數；步驟S4，計算步驟，計算小車前方的障礙物距離；步驟S5，輸出步驟，將障礙物距離輸出至小車測距控制系統(tǒng)中的一核心控制器；步驟S6，判斷距離是否小于一米，即核心控制器判斷障礙物距離是否小于一米，若小于一米，則進入步驟S7 ；若不小于一米，則返回步驟S3 ；步驟S7，停車及語音提示步驟，停車，并通過語音提示前方障礙物距離；步驟S8，判斷是否存在無障礙物的方向，即從左至右判斷是否能找到無障礙物的 方向；若不存在，則進入步驟SlO ；若存在，則進入步驟S9，步驟S9，拐彎步驟，將小車拐彎至障礙物距離超過一米的方向，然后返回步驟S3 ；步驟S10，結束步驟，提示用戶無法找到可行駛的道路，結束。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在小車上安裝一些芯片和模塊，結構簡單，體積小， 并且若出現故障，檢修方便，各模塊之間協(xié)調工作，使小車行進過程中能夠檢測出障礙物， 并在語音提示后主動避開障礙物，可以應用于倒車雷達、智能避障、簡單的迷宮探測，機器 人控制等領域。


圖1是本發(fā)明之一的基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)的結構示意圖；圖2是本發(fā)明之一的一實施例的電路圖；圖3是本發(fā)明之二的小車測距控制系統(tǒng)的控制方法流程圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。請參閱圖1，圖中示出了本發(fā)明之一的一種基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，包括 一小車(圖中未示出)，還包括一主控制器模塊1、分別與該主控制器模塊1相連的速度檢 測模塊2、轉向控制模塊3和電機驅動模塊5，以及一分別給主控制器模塊1、速度檢測模塊 2、電機驅動模塊5供電的電源管理模塊4，該電源管理模塊4通過電機驅動模塊5給轉向控制模塊3供電，其中主控制器模塊1包括依次相連的超聲波距離檢測模塊11、第二核心控制器12以及 第一核心控制器13，其中超聲波距離檢測模塊11通過超聲波檢測小車前方上的障礙物距離數據，并將該 障礙物距離數據輸出給第二核心控制器12 ；第二核心控制器12將接收到的障礙物距離數據發(fā)送給第一核心控制器13，該第 二核心控制器12內部集成有語音提示及功放模塊(圖中未示出)以對接收到的數據進行 語音提示；第一核心控制器13對接收到的障礙物距離數據進行分析以決定小車運動速度和 方向，它輸出控制信號給轉向控制模塊3，并且還輸出驅動信號給電機驅動模塊5;速度檢測模塊2包括一編碼器21，該編碼器21安裝于小車車輪的軸上，該編碼器 2間接檢測小車的間接速度值，并將該間接速度值發(fā)送給第一核心控制器13 ；電機驅動模塊5包括依次相連的電子變速器51和電動機52，電子變速器51接收 電源管理模塊4輸出的信號，并分別輸出信號給電動機52和轉向控制模塊3以進行供電；轉向控制模塊3包括一第一舵機31和一第二舵機32，該第一舵機31和第二舵機 32實現小車的轉向；電源管理模塊4分別給第一核心控制器13、第二核心控制器12、編碼器21供電， 還通過電子變速器51給電動機52以及轉向控制模塊3供電。請參閱圖2，為本發(fā)明之一的一較佳實施例的電路圖。第一核心控制器13是車體運動的控制核心，采用型號是單片機模塊 MC9S12xsl28。MC9S12DGU8是飛思卡爾公司生產的16位單片機，可運行在頻率40MHz的 數據總線上，片內資源主要包括8KRAM、U8KFlash、2KEEPR0M、l個SPI模塊、8路16位計數 器、1個CAN總線模塊、4路外部事件觸發(fā)中斷口、2個SCI串行通信模塊、8路PWM等。第二核心控制器12采用型號SPCE061A，SPCE061A的IOB 口和超聲波距離檢測模 塊11的IOB 口相連。超聲波距離檢測模塊11采用型號為ULTRAS0NICV2. 0，通過IOB 口將數據提供給第 二核心控制器12。兩塊芯片的連接方式是MC9S12xsl28的PORTA 口的8根引腳線(PT0-PT7)，與 SPCE061A板的PORTA 口的PT0-PT7按高低順序相連接。超聲波測出距離反饋給SPCE061A 后，后者將距離信息通過PORTA 口輸出到MC9S12xsl28的PORTA 口，MC9S12xsl28即對該距 離進行分析，并決定小車運動速度和方向。編碼器21采用YD0D4S-2NA-200編碼器，為光電編碼器，安裝在靠近小車右輪的 軸上，當小車在電動機52的驅動下前進時，編碼器21也隨著電動機52的轉動而轉動。編 碼器21上安裝的齒輪與驅動電機上齒輪型號是一樣的，有18個齒，而差速齒輪的齒輪數是 76。編碼器21每轉動一周，輸出200個脈沖，設定每20ms檢測一次脈沖的總數N，脈沖總數 N/200可以得出電動機52轉動了多少周r，則差速齒輪轉動了 η = r*(18/76)周。測得小 車輪子的周長為17cm，得到在20ms內小車前進的距離S = 17*n (cm)，20ms內行進的距離是 S，則實際速度為S/20。YZ30D4S-2NA-200編碼器采用PNP極輸出，褐色線接5V電源，藍色線接地，黑色信號線OUTA與MC9S12xsl28的PT7引腳相連。由于編碼器輸出高電平低于5V，使芯片無法識 別低壓電信號，所以在黑色信號輸出線與褐色電源線之間接一個1000歐的上拉電阻，使輸 出信號提高到標準的5V電壓。第一舵機31和第二舵機32使用futah公司的S3010舵機完成轉向控制，第一舵 機31的控制信號由第一核心控制器13內的PWM模塊PWMO和PWMl聯合產生一個16位的 PWM信號，第二舵機32控制信號由PWM模塊PWM 4和PWM 5聯合產生一個16位的PWM信 號。由于舵機的轉角與脈沖的寬度存在線性關系，改變PWM占空比可以改變輸出脈沖的寬 度，從而控制舵機的轉向。電子變速器51使用futaba公司的MC330電子變速器，由MC9S12xsl28的P麗單 片機模塊的P麗6和P麗7聯合產生一個16位的P麗信號，輸出到MC330，MC330根據脈寬控 制輸出給驅動電機的電壓和電流，從而控制電動機52的轉動。MC330齊全功能，舵機的電源供電是由MC330提供的。連線方式為，MC330的電源 接口接電源管理模塊4的電源接口。MC330的粗紅線和粗黑線分別連接電動機52的紅線 和黑線，給電動機52提供電源。MC330的3PIN排線的黑色接口接地，紅色接口與舵機3PIN 排線的紅色接頭相連接，白線連接MC9S12xsU8的PPl針腳，用來接收控制直流電動機轉速 的信號。電源管理模塊4采用7. 2V/2000mA鎳鎘電池供電。7. 2V電壓經過型號為LT1084 CT-5的穩(wěn)壓器6穩(wěn)壓后得到5V電壓，向兩塊單片機和編碼器21供電。電源與MC330直連， 輸出6V電壓，向兩舵機供電；MC330同時與驅動機相連，通過信號控制給電動機52供電。本發(fā)明之二的一種小車測距控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟步驟Si，初始化步驟，對小車測距控制系統(tǒng)中的各個模塊進行初始化；步驟S2，啟動及采集步驟，啟動小車的電動機，小車開始行駛并采集超聲波信號；步驟S3，判斷是否有超聲波信號到達，若有超聲波信號到達，則進入步驟S4 ；若沒有超聲波信號到達，則等待t時間后返回步驟S3，t為正數；步驟S4，計算步驟，計算小車前方的障礙物距離；步驟S5，輸出步驟，將障礙物距離輸出至小車測距控制系統(tǒng)中的一核心控制器；步驟S6，判斷距離是否小于一米，即核心控制器判斷障礙物距離是否小于一米，若小于一米，則進入步驟S7 ；若不小于一米，則返回步驟S3 ；步驟S7，停車及語音提示步驟，停車，并通過語音提示前方障礙物距離；步驟S8，判斷是否存在無障礙物的方向，即從左至右判斷是否能找到無障礙物的 方向；若不存在，則進入步驟SlO ；若存在，則進入步驟S9，步驟S9，拐彎步驟，將小車拐彎至障礙物距離超過一米的方向，然后返回步驟S3 ；步驟S10，結束步驟，提示用戶無法找到可行駛的道路，結束。綜上所述，本發(fā)明通過超聲波檢測某個方向是否有障礙物，如果有則采集并報告 障礙物與車頭之間的距離。障礙物離小車距離過近時，通過檢測左右方向并自動找到一條沒有障礙物的方向，避開障礙物后前進。對行車環(huán)境進行預測性提示，可以提高行車安全， 保護人們的生命和財產。 以上結合附圖實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上 述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應構成對本發(fā)明的限定，本 發(fā)明將以所附權利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，包括一小車，其特征在于，還包括一主控制器 模塊、分別與該主控制器模塊相連的速度檢測模塊、轉向控制模塊和電機驅動模塊，以及一 分別給所述的主控制器模塊、速度檢測模塊、電機驅動模塊供電的電源管理模塊，該電源管 理模塊通過所述的電機驅動模塊給所述的轉向控制模塊供電，其中所述的主控制器模塊包括依次相連的超聲波距離檢測模塊、第二核心控制器以及第一 核心控制器，其中所述的超聲波距離檢測模塊通過超聲波檢測小車前方上的障礙物距 離數據，并將該障礙物距離數據輸出給所述的第二核心控制器； 所述的第二核心控制器將接收到的障礙物距離數據發(fā)送給所述的第一核心控制器，該 第二核心控制器內部集成有語音提示及功放模塊以對接收到的數據進行語音提示；所述的第一核心控制器對接收到的障礙物距離數據進行分析以決定小車運動速度和 方向，它輸出控制信號給所述的轉向控制模塊，并且還輸出驅動信號給所述的電機驅動模 塊；所述的速度檢測模塊包括一編碼器，該編碼器安裝于小車車輪的軸上，該編碼器間接 檢測小車的間接速度值，并將該間接速度值發(fā)送給所述的第一核心控制器；所述的電機驅動模塊包括依次相連的電子變速器和電動機，所述的電子變速器接收所 述的電源管理模塊輸出的信號，并分別輸出信號給所述的電動機和轉向控制模塊以進行供 電；所述的轉向控制模塊包括一第一舵機和一第二舵機，該第一舵機和第二舵機實現小車 的轉向；所述的電源管理模塊分別給所述的第一核心控制器、第二核心控制器、編碼器供電，還 通過所述的電子變速器給所述的電動機以及轉向控制模塊供電。
2.根據權利要求1所述的基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的編碼 器為光電編碼器。
3.根據權利要求1所述的基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源 管理模塊采用鎳鎘電池。
4.一種小車測距控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟Si，初始化步驟，對小車測距控制系統(tǒng)中的各個模塊進行初始化；步驟S2，啟動及采集步驟，啟動小車的電動機，小車開始行駛并采集超聲波信號； 步驟S3，判斷是否有超聲波信號到達， 若有超聲波信號到達，則進入步驟S4 ；若沒有超聲波信號到達，則等待t時間后返回步驟S3，t為正數； 步驟S4，計算步驟，計算小車前方的障礙物距離；步驟S5，輸出步驟，將障礙物距離輸出至小車測距控制系統(tǒng)中的一核心控制器； 步驟S6，判斷距離是否小于一米，即核心控制器判斷障礙物距離是否小于一米， 若小于一米，則進入步驟S7; 若不小于一米，則返回步驟S3;步驟S7，停車及語音提示步驟，停車，并通過語音提示前方障礙物距離； 步驟S8，判斷是否存在無障礙物的方向，即從左至右判斷是否能找到無障礙物的方若不存在，則進入步驟S10; 若存在，則進入步驟S9，步驟S9，拐彎步驟，將小車拐彎至障礙物距離超過一米的方向，然后返回步驟S3 ； 步驟S10，結束步驟，提示用戶無法找到可行駛的道路，結束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超聲波的小車測距控制系統(tǒng)，包括一小車，還包括一主控制器模塊、分別與該主控制器模塊相連的速度檢測模塊、轉向控制模塊和電機驅動模塊，以及一分別給所述的主控制器模塊、速度檢測模塊、電機驅動模塊供電的電源管理模塊，該電源管理模塊通過所述的電機驅動模塊給所述的轉向控制模塊供電。方法包括以下步驟初始化步驟、啟動及采集步驟、判斷是否有超聲波信號到達、計算步驟、輸出步驟、判斷距離是否小于一米、停車及語音提示步驟，停車，并通過語音提示前方障礙物距離、判斷是否存在無障礙物的方向、拐彎步驟、結束步驟。本發(fā)明結構簡單，能夠在小車行進過程中檢測出障礙物，并避開該障礙物，提高了行車安全。
文檔編號B60R21/013GK102092354SQ200910201138
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月15日
發(fā)明者劉牧眾, 徐劍, 徐懿佳, 徐方波, 繆行外 申請人:上海工程技術大學