直立車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種直立車。
【背景技術(shù)】
[0002]直立車又叫電動(dòng)平衡車,還叫體感車、思維車、攝位車等。市場(chǎng)上主要有獨(dú)輪和雙輪兩類。其運(yùn)作原理主要是建立在一種被稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定” (Dynamic Stabilizat1n)的基本原理上,利用車體內(nèi)部的陀螺儀和加速度傳感器,來(lái)檢測(cè)車體姿態(tài)的變化,并利用伺服控制系統(tǒng),精確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,以保持系統(tǒng)的平衡,受到全世界年輕人和老人的喜愛(ài)。直立車還有很多功能可開(kāi)發(fā)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可與便攜式設(shè)備通信的直立車,方便對(duì)直立車進(jìn)行遙控的直立車。
[0004]—種直立車,其包括總控模塊以及與其相連的電源模塊、與直立車的兩個(gè)車輪相連的兩個(gè)伺服電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、用于檢測(cè)車輛加速度的加速度計(jì)、用于檢測(cè)直立車傾角和旋轉(zhuǎn)角速度的陀螺儀和用于檢測(cè)車輛速度的測(cè)速編碼器。所述直立車還包括與所述總控模塊相連的無(wú)線通信模塊,該無(wú)線通信模塊采用基于UART接口的符合wif i無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊,其通過(guò)UART接口與總控模塊通信;所述總控模塊包括用于產(chǎn)生四路PWM信號(hào)的PffM發(fā)生電路,所述四路PWM發(fā)生電路的輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連。
[0005]優(yōu)選的,所述無(wú)線通信模塊包括工作在無(wú)線接入點(diǎn)模式下的ESP8266芯片。
[0006]優(yōu)選的,所述總控模塊包括MKL26Z256VLL4芯片,其包括兩個(gè)定時(shí)器脈沖計(jì)數(shù)接口,分別與設(shè)置在兩個(gè)電機(jī)上的測(cè)速編碼器的輸出端相連,其還具有兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口,分別與所述加速度計(jì)和陀螺儀相連,其還具有串行外設(shè)接口和輸入輸出接口。
[0007]優(yōu)選的,所述的直立車還包括顯示電路和輸入電路,所述顯示電路與MKL26Z256VLL4芯片的串行外設(shè)接口相連,所述輸入電路與MKL26Z256VLL4芯片的輸入輸出接口相連。
[0008]本實(shí)用新型的直立車具有短距離無(wú)線通信模塊,從而用戶可利用身邊的便攜式設(shè)備對(duì)直立車進(jìn)行遙控,例如取車時(shí)無(wú)需再走到直立車旁邊,可遙控直立車開(kāi)到用戶目前的位置,使用更方便。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的直立車的電路結(jié)構(gòu)模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面將結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型直立車作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0011]如圖1所示,一較佳實(shí)施例中,本實(shí)用新型的直立車主要包括總控模塊以及與其相連的電源模塊、與直立車的兩個(gè)車輪相連的兩個(gè)伺服電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、用于檢測(cè)車輛加速度的加速度計(jì)、用于檢測(cè)直立車傾角和旋轉(zhuǎn)角速度的陀螺儀和用于檢測(cè)車輛速度的測(cè)速編碼器、用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行信息的顯示電路、用于提供輸入鍵盤或按鈕的輸入電路、以及與總控模塊相連的無(wú)線通信模塊。
[0012]其中,電源電路為系統(tǒng)中需要電能的各個(gè)元器件和電路供電。
[0013]總控模塊包括飛思卡爾的單片機(jī)KL26系列的MKL26Z256VLL4芯片,其是基于ARMCortex-MO內(nèi)核的微控制器,集成了各種控制器,低功耗的嵌入式微控制器,是第二代內(nèi)核ARM Cortex-MO,它的指令集簡(jiǎn)單高效,可以實(shí)現(xiàn)確定性行為。MKL26Z256VLL4的CPU的工作頻率高達(dá)48MHZ(3MKL26Z256VLL4的外設(shè)包括:高達(dá)256kB的Flash、32kB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I2C接口、UART接口、SPI(串行外設(shè)接口)接口、定時(shí)器脈沖計(jì)數(shù)接口,DMA、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換接口)、DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換接口)等控制器;以及多達(dá)100個(gè)通用I/O (輸入輸出)接口。MKL26Z256VLL4芯片還具有用于產(chǎn)生四路P麗信號(hào)的P麗發(fā)生電路,四路P麗發(fā)生電路的輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連。
[0014]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可采用芯片BTS7970,是專業(yè)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片,外圍只需簡(jiǎn)單電路。由于直立車使用雙馬達(dá),又需要控制馬達(dá)雙向旋轉(zhuǎn),因此需要二塊BTS7970構(gòu)成一個(gè)全橋的電路,共使用四塊BTS7970構(gòu)成二個(gè)全橋電路分別驅(qū)動(dòng)二個(gè)私服馬達(dá)。四塊BTS7970芯片分別與MKL26Z256VLL4芯片的四個(gè)PffM輸出端口相連。
[0015]加速度計(jì)可以測(cè)量物體受到的加速度,加速度可由物體運(yùn)動(dòng)或者地球重力加速度產(chǎn)生。本實(shí)施例的加速度傳感器型號(hào)是MMA7361,是Freescale生產(chǎn)的,其輸出端與總控模塊的MKL26Z256VLL4芯片的AD端口相連。
[0016]陀螺儀,即角速度傳感器用于測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)角速度,可采用例如但不限于村田公司生產(chǎn)的ENC-03MB,其輸出端與總控模塊的MKL26Z256VLL4芯片的另一個(gè)AD端口相連。
[0017]測(cè)速編碼器可采用512線的光電編碼器,使用總控模塊的TPM脈沖計(jì)數(shù)編碼器的輸出脈沖就可得到直立車的速度。
[0018]顯示電路與MKL26Z256VLL4芯片的串行外設(shè)接口相連,可采用0LED(0rganicLight-Emitting D1de,有機(jī)發(fā)光二極管)液晶顯示模塊。輸入電路與MKL26Z256VLL4芯片的輸入輸出接口相連,輸入電路可為獨(dú)立按鍵或?yàn)楹?jiǎn)單的鍵盤電路。
[0019]其中,直立車系統(tǒng)的姿態(tài)控制包括平衡控制,速度控制和方向控制。平衡控制:控制兩個(gè)馬達(dá)反向轉(zhuǎn)動(dòng)或者正向轉(zhuǎn)動(dòng),也就是控制車模往前運(yùn)動(dòng)或者往后運(yùn)動(dòng),具體是車模往哪邊倒就往哪邊跑,使得模型車保持平衡直立;速度控制:車模平衡狀態(tài)的傾角是不變的,車模勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的傾角與平衡狀態(tài)的傾角保持一個(gè)差值,速度越快,傾角差值越大,通過(guò)改變模型車的傾斜角度的大小,從而控制車模的速度,車模的傾角大小控制則是通過(guò)反饋車輪的轉(zhuǎn)速的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn),也就是通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制車模的傾角;方向控制:采用控制兩個(gè)車輪旋轉(zhuǎn)的速度差的方式,也就是控制兩個(gè)馬達(dá)的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、打角,也即方向控制。假設(shè)單獨(dú)的完成車模的直立和方向控制任務(wù),車模直立和控制方向任務(wù)較為簡(jiǎn)單直接,使兩個(gè)馬達(dá)控制車模兩個(gè)輪子即可。實(shí)際上將兩個(gè)控制疊加在一起加載在馬達(dá)上,因?yàn)轳R達(dá)的轉(zhuǎn)速和電壓是線性關(guān)系,控制過(guò)程中馬達(dá)處于線性狀態(tài),就可以同時(shí)完成車模的直立和控制方向任務(wù)。可以想象這個(gè)控制過(guò)程中車模的馬達(dá)是兩個(gè)馬達(dá)的疊加,同時(shí)作用于車輪,實(shí)現(xiàn)車模的方向控制和平衡控制??刂栖嚹5能囁俅笮∈鞘褂酶淖冘嚹5膬A角的方式。車模傾斜角與平狀態(tài)的傾斜角的差值越大,速度越快,差值越小,則車模速度就越慢,調(diào)節(jié)車模的傾斜角不同引起車模的加減速,實(shí)現(xiàn)對(duì)車模的速度大小的調(diào)節(jié)。
[0020]平衡控制、速度控制、方向控制,各自獨(dú)立進(jìn)行。將各自的控制疊加加載到馬達(dá)上,最終都是對(duì)同一個(gè)控制對(duì)象馬達(dá)進(jìn)行控制,他們之間的關(guān)系是耦合。三個(gè)控制任務(wù)中,車模平衡控制是基礎(chǔ),直立模型車必須保證是直的,控制過(guò)程中方向控制和速度控制應(yīng)該減少對(duì)平衡直立控制的影響,但要實(shí)現(xiàn)各自的控制任務(wù),因此模型車速度、方向控制必須保持平滑輸出加載到馬達(dá)上。速度控制是通過(guò)調(diào)節(jié)平衡狀態(tài)的傾角和行駛狀態(tài)的傾角差值,平衡狀態(tài)的傾角是固定的,調(diào)節(jié)傾角也就能使車行駛,避免速度控制影響平衡控制,對(duì)模型車傾角的改變必須非常緩慢的進(jìn)行。目前直立車的平衡控制已經(jīng)較為成熟,在此不再贅述。
[0021]無(wú)線通信模塊采用基于UART接口的符合wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊,本實(shí)施例中采用工作在無(wú)線接入點(diǎn)(Wireless Access Point,AP)模式下的ESP8266芯片,其通過(guò)UART接口與總控模塊通信,兩者通過(guò)AT命令(S卩Attent1n)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。無(wú)線移動(dòng)設(shè)備可連接ESP8266組建的W1-Fi網(wǎng)絡(luò),通過(guò)W1-Fi與ESP8266模塊通信,從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線便攜式移動(dòng)設(shè)備與MCU的通信。
[0022]采用本實(shí)用新型架構(gòu)的直立車通過(guò)對(duì)主控模塊的芯片進(jìn)行編程,可實(shí)現(xiàn)在無(wú)人干擾的情況下實(shí)現(xiàn)直立,受到外界的干擾也能通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)直立狀態(tài),單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制算法是智能控制器,運(yùn)用多個(gè)智能PID控制算法,從而實(shí)現(xiàn)直立車的直立,速度控制。通過(guò)在無(wú)線移動(dòng)設(shè)備上安裝合適的應(yīng)用(APP,applicat1n),可實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)線移動(dòng)設(shè)備控制直立車的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎,從而用戶可利用身邊的便攜式設(shè)備對(duì)直立車進(jìn)行遙控,例如取車時(shí)無(wú)需再走到直立車旁邊,可遙控直立車開(kāi)到用戶目前的位置,使用更方便。
[0023]雖然對(duì)本實(shí)用新型的描述是結(jié)合以上具體實(shí)施例進(jìn)行的,但是,熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員能夠根據(jù)上述的內(nèi)容進(jìn)行許多替換、修改和變化、是顯而易見(jiàn)的。因此,所有這樣的替代、改進(jìn)和變化都包括在附后的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直立車,包括總控模塊以及與其相連的電源模塊、與直立車的兩個(gè)車輪相連的兩個(gè)伺服電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、用于檢測(cè)車輛加速度的加速度計(jì)、用于檢測(cè)直立車傾角和旋轉(zhuǎn)角速度的陀螺儀和用于檢測(cè)車輛速度的測(cè)速編碼器,其特征在于,還包括與所述總控模塊相連的無(wú)線通信模塊,該無(wú)線通信模塊采用基于UART接口的符合Wif i無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊,其通過(guò)UART接口與總控模塊通信;所述總控模塊包括用于產(chǎn)生四路PWM信號(hào)的P麗發(fā)生電路,所述四路P麗發(fā)生電路的輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直立車,其特征在于,所述無(wú)線通信模塊包括工作在無(wú)線接入點(diǎn)模式下的ESP8266芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直立車,其特征在于,所述總控模塊包括MKL26Z256VLL4芯片,其包括兩個(gè)定時(shí)器脈沖計(jì)數(shù)接口,分別與設(shè)置在兩個(gè)電機(jī)上的測(cè)速編碼器的輸出端相連,其還具有兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口,分別與所述加速度計(jì)和陀螺儀相連,其還具有串行外設(shè)接口和輸入輸出接口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直立車,其特征在于,還包括顯示電路和輸入電路,所述顯示電路與MKL26Z256VLL4芯片的串行外設(shè)接口相連,所述輸入電路與MKL26Z256VLL4芯片的輸入輸出接口相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種直立車,其包括總控模塊以及與其相連的電源模塊、兩個(gè)伺服電機(jī)、用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、用于檢測(cè)車輛加速度的加速度計(jì)、用于檢測(cè)直立車傾角和旋轉(zhuǎn)角速度的陀螺儀和用于檢測(cè)車輛速度的測(cè)速編碼器。所述直立車還包括與所述總控模塊相連的無(wú)線通信模塊,該無(wú)線通信模塊采用基于UART接口的符合wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊,其通過(guò)UART接口與總控模塊通信;所述總控模塊包括用于產(chǎn)生四路PWM信號(hào)的PWM發(fā)生電路,所述四路PWM發(fā)生電路的輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連。用戶可利用身邊的便攜式設(shè)備對(duì)直立車進(jìn)行遙控,例如取車時(shí)無(wú)需再走到直立車旁邊,可遙控直立車開(kāi)到用戶目前的位置。
【IPC分類】G08C17/02, B62K11/00, B60L15/20
【公開(kāi)號(hào)】CN205256049
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520947670
【發(fā)明人】魏曉慧
【申請(qǐng)人】惠州學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日