一種教學(xué)智能車控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種教學(xué)智能車的控制系統(tǒng)，統(tǒng)包括電源模塊、圖像采集模塊、傳感器模塊、控制模塊、運動執(zhí)行模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，所述圖像采集模塊連接控制模塊，用于采集圖像信息、電磁信息并發(fā)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(zhí)行模塊連接控制模塊，用于根據(jù)所述運動控制信息，實現(xiàn)模型車的轉(zhuǎn)向和變速；所述傳感器模塊連接控制模塊，檢測運動執(zhí)行模塊的執(zhí)行情況，并將這些信息反饋給所述控制模塊,控制系統(tǒng)進行處理并修正運動控制信息；所述通訊模塊連接控制器模塊，用于通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤；所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接控制器模塊，用于對所述智能車采集的數(shù)據(jù)進行存儲。
【專利說明】一種教學(xué)智能車控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣自動化、汽車電子領(lǐng)域，特別涉及教學(xué)智能車控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀隨著的我國經(jīng)濟快速發(fā)展，高素質(zhì)人才需求不斷增加。這是現(xiàn)階段經(jīng)濟社會發(fā)展的客觀要求，這也促進我國高等教育不斷改革。為了培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、提高學(xué)生創(chuàng)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(xué)生電子設(shè)計競賽，全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，全國大學(xué)生智能汽車競賽，全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽，機器人創(chuàng)新大賽等活動。這些競賽活動是面向全國大學(xué)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(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)學(xué)生從事科學(xué)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(yè)性高的競賽需要一定水平的學(xué)生投入大量的精力，同時要求有一個很好的硬件平臺提供給學(xué)生學(xué)習(xí)。而這些硬件開發(fā)平臺的模塊搭建相對復(fù)雜，學(xué)生自己開發(fā)周期長，制作費用也相對較高。因此，普及性不高只鍛煉了少部分學(xué)生的能力，同時市場上也有51系列的單片機開發(fā)板，但因為其內(nèi)核簡易，功能少不能滿足復(fù)雜的控制系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種教學(xué)智能車控制系統(tǒng)，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(xué)智能車的控制系統(tǒng)，統(tǒng)包括電源模塊、圖像采集模塊、傳感器模塊、控制模塊、運動執(zhí)行模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，所述圖像采集模塊連接控制模塊，用于采集圖像信息、電磁信息并發(fā)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(zhí)行模塊連接控制模塊，用于根據(jù)所述運動控制信息，實現(xiàn)模型車的轉(zhuǎn)向和變速；所述傳感器模塊連接控制模塊，檢測運動執(zhí)行模塊的執(zhí)行情況，并將這些信息反饋給所述控制模塊，控制系統(tǒng)進行處理并修正運動控制信息；所述通訊模塊連接控制器模塊，用于通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤；所述數(shù)據(jù)存儲模塊連接控制器模塊，用于對所述智能車采集的數(shù)據(jù)進行存儲。
[0005]所述電源模塊連接主控制模塊，用于為系統(tǒng)各模塊供電。
[0006]該系統(tǒng)還包括人機交互接口，所述人機交互接口連接主控制器模塊，用于開發(fā)人員對控制程序參數(shù)設(shè)定修改。所述的數(shù)據(jù)存儲采用SD卡。
[0007]該系統(tǒng)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(yù)留IO接口和預(yù)留AD接口 ；所述預(yù)留IO接口，用于拓展的數(shù)字信息的輸入輸出；所述的預(yù)留AD接口，用于拓展的模擬信號的輸入。
[0009]所述的電源模塊包括用于為系統(tǒng)各種模塊提供電源的主電源單元、用于為拓展接口供電的拓展電源單元和備用電源單元。[0010]所述的圖像采集模塊包括: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，用于采集路面交流變化的磁場信息；所述攝像頭傳感器，用于采集路面顏色信息；所述線性CCD傳感器，用于采集路面顏色信息。
[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，用于監(jiān)測所述智能車姿態(tài)角及運動方向；所述編碼器，提供測量所述智能車的轉(zhuǎn)速測定所述智能車的運行速度。
[0012]所述的運動執(zhí)行模塊包括電機驅(qū)動和舵機；所述電機驅(qū)動，用于驅(qū)動所述智能車的速度，同時兼容單電機驅(qū)動和雙電機驅(qū)動模式；所述舵機，用于控制所述智能車的方向。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:1、系統(tǒng)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?qū)崿F(xiàn)不同方式的行駛；4，快速入門，開發(fā)人員借助此平臺很快可以進行程序開發(fā)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面對本發(fā)明說明書各幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明:
[0015]圖1本發(fā)明實施方式中教學(xué)智能車控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)模塊，202.MK60最小系統(tǒng)模塊，203.KL25最小系統(tǒng)模塊，204.MCF5225X最小系統(tǒng)模塊，300.圖像采集模塊，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(yù)留IO接口，502.預(yù)留AD接口，600.人機交互接口，601.按鍵，602.0LED液晶屏，700.運動執(zhí)行模塊，701.電機驅(qū)動接口，702.舵機，800.通訊模塊，900.數(shù)據(jù)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(fā)明的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制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(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。
[0018]如圖1所示，所述教學(xué)智能車控制系統(tǒng)包括:電源模塊100、控制模塊200、圖像采集模塊300、傳感器模塊400、擴展接口 500、人機交互接口 600、運動執(zhí)行模塊700、通訊模塊800、數(shù)據(jù)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；所述圖像采集模塊300連接控制模塊200，用于采集各種圖像信息、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(zhí)行模塊的執(zhí)行情況，并將這些信息反饋給所述控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進行處理并修正運動控制信息；所述運動執(zhí)行模塊700連接控制模塊200，用于根據(jù)所述運動控制信息，實現(xiàn)模型車的轉(zhuǎn)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(tǒng)t旲塊，包括:XS128最小系統(tǒng)模塊201，MK60最小系統(tǒng)模塊202，KL25最小系統(tǒng)模塊203，MCF5225X最小系統(tǒng)模塊204 ;所述乂3128最小系統(tǒng)模塊201，用于所述Freescale XS128系列單片機，對所述智能車進行控制；所述MK60最小系統(tǒng)模塊202是智能車控制系統(tǒng)的信息處理、運算控制中心，采集各個信息并輸出控制信息用于對所述智能車進行控制；所述KL25最小系統(tǒng)模塊202是智能車控制系統(tǒng)的信息處理、運算控制中心，采集各個信息并輸出控制信息用于對所述智能車進行控制；所述MCF5225X最小系統(tǒng)模塊204是智能車控制系統(tǒng)的信息處理、運算控制中心，采集各個信息并輸出控制信息用于對所述智能車進行控制，控制器模塊和控制器系統(tǒng)的各個模塊接口連接完全兼容。
[0020]所述XS128最小系統(tǒng)模塊201采用Freescale公司的16位S12X V2CPU內(nèi)核微控制器MC9S12XS128MAL，此芯片40MHz總線頻率、帶錯誤校正功能(ECC)、8KB Flash用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)或程序存儲、8路16位計數(shù)器、4路外部事件觸發(fā)中斷輸入端口、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(tǒng)模塊采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(tǒng)；所述MK60最小系統(tǒng)模塊202采用Freescale公司的32位基于ARM Cortex TM-M4內(nèi)核低功耗、混合信號微控制器MK60DN512ZVLQ10，是Kineits系列中集成度最高的芯片。K60芯片具有32路DMA供外設(shè)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(zhuǎn)換，2路12位DA轉(zhuǎn)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以太網(wǎng)接口等。由此可看出所述XS128最小系統(tǒng)模塊采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(tǒng)；所述KL25最小系統(tǒng)模塊203采用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。此芯片采用是基于Cortex-MO+內(nèi)核具有功耗極低、處理數(shù)據(jù)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(nèi)核的情況下進行智能決策并處理數(shù)據(jù)。由此可看出所述KL25最小系統(tǒng)模塊采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(tǒng)；所述MCF5225X最小系統(tǒng)模塊204采用Freescale公司32位的ColdFire系列微控制器MCF52255CAF80，此芯片是帶MMU和EMAC的V4內(nèi)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個以太網(wǎng)MACs，隨機數(shù)產(chǎn)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(shè)接口(DSPI)，3個UARTs，I2C總線接口等。這幾款芯片16至32位的內(nèi)核、40至IOOMHz的總線頻率能高效并且易于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采集、通信、定時、電機控制等功能。由此可看出所述MCF5225X最小系統(tǒng)模塊采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(tǒng)。
[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(shè)計的一款具有3.3V、5V、6V、12V多項電壓輸出的模塊，用于提供各種模塊的電源；所述備用電源單元102，用于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，用于提供拓展模塊的電源。
[0022]所述的圖像采集模塊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(shè)計的一款將弱小電磁信號放大的模塊，用于采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采用0V7620數(shù)字攝像頭，用于采集路面顏色信息；所述線性CCD傳感器303采用藍宙設(shè)計的一款TSL140帶運放處理的模塊，用于采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采用ENC-03R陀螺儀芯片和MMA7361LC加速度芯片，用于監(jiān)測所述智能車姿態(tài)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(zhuǎn)速，再將這些轉(zhuǎn)速輸入給主控制器，控制器模塊進行計算就可以轉(zhuǎn)換成所述智能車的運行速度。
[0024]所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)還包括:擴展接口 500 ;所述擴展接口 500連接主控制器板200，用于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(yù)留IO接口 501和預(yù)留AD接口 502 ;所述預(yù)留IO接口，用于拓展的數(shù)字信息的輸入輸出；所述的預(yù)留AD接口，用于拓展的模擬信號的輸入。
[0026]所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)還包括:人機交互接口 600 ;所述人機交互接口 600連接主控制器板200，用于開發(fā)人員對控制程序參數(shù)設(shè)定修改。
[0027]所述的人機交互接口包括:5路按鍵601和OLED液晶屏602 ;所述5路按鍵用于開發(fā)人員對模式選擇和車速參數(shù)設(shè)置；所述OLED液晶屏(Organic Light-Emitting Diode)顯示車輛參數(shù)信息。其具備輕薄、省電等特性，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，所以購買學(xué)習(xí)開發(fā)也很方便。
[0028]所述的運動執(zhí)行模塊700包括:電機驅(qū)動701和舵機702 ;所述電機驅(qū)動701采用集成電機驅(qū)動芯片，通過單片機輸出的PWM值驅(qū)動所述智能車的速度，同時兼容單電機驅(qū)動和雙電機驅(qū)動模式；所述舵機702用于控制所述智能車的方向。
[0029]所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)還包括通訊模塊800 ;所述通訊模塊800連接控制模塊200，用于通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤。
[0030]所述的通訊模塊采用無線藍牙模塊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(xié)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(xué)智能車控制系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)存儲900 ;所述數(shù)據(jù)存儲連接控制模塊200，用于對所述智能車采集的大量數(shù)據(jù)進行存儲。
[0032]所述的數(shù)據(jù)存儲采用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(shù)據(jù)進行片外數(shù)據(jù)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采集特定頻率變化的磁場信號進行放大后輸入給控制器模塊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測得的脈沖信號輸入給控制模塊200算出當前的車速?？刂颇K200通過當前的車速和位置進行PID算法處理，輸出相應(yīng)的PWM值給電機驅(qū)動701使其驅(qū)動智能車運動，同時也輸出相應(yīng)PWM而給舵機702使其智能車實現(xiàn)轉(zhuǎn)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采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(tài)通過PID算法處理輸出PWM信號給電機驅(qū)動701使其驅(qū)動智能車運動保持車體直立。線性CCD傳感器303采集弓I導(dǎo)線信號輸入給控制器模塊AD接口，控制器模塊芯片進行計算出車輛的偏離軌跡的位置，再通過編碼器402測得的脈沖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(yīng)的PWM值給雙電機驅(qū)動701使其驅(qū)動智能車運動，同時利用兩個電機的不同速度實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。[0035]無線遙控勘探:所述智能車，通過攝像頭傳感器303采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(fā)明的只是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面創(chuàng)新，本發(fā)明的“控制模塊”等計算機相關(guān)程序為現(xiàn)有技術(shù)，數(shù)據(jù)處理和圖像處理為“控制模塊”(計算機)的最主要的作用之一，目前計算機程序在數(shù)據(jù)處理相關(guān)方面已經(jīng)非常成熟，能夠處理各種數(shù)據(jù)；目前ZL201220460863.3等專利都說明“控制模塊”在數(shù)據(jù)處理和圖像處理等的程序方面都為現(xiàn)有技術(shù)。
[0037]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種教學(xué)智能車的控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括電源模塊(100)、圖像采集模塊(300 )、傳感器模塊(400 )、控制模塊(200 )、運動執(zhí)行模塊(700 )、通訊模塊(800 )、數(shù)據(jù)存儲模塊(900)， 所述圖像采集模塊(300)連接控制模塊(200)，用于采集圖像信息、電磁信息并發(fā)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(zhí)行模塊(700 )連接控制模塊(200 )，用于根據(jù)所述運動控制信息，實現(xiàn)模型車的轉(zhuǎn)向和變速； 所述傳感器模塊(400)連接控制模塊(200)，檢測運動執(zhí)行模塊的執(zhí)行情況，并將這些信息反饋給所述控制模塊，控制系統(tǒng)進行處理并修正運動控制信息； 所述通訊模塊(800)連接控制器模塊(200)，用于通過無線方式對所述智能車進行控制和跟蹤； 所述數(shù)據(jù)存儲模塊(900)連接控制器模塊(200)，用于對所述智能車采集的數(shù)據(jù)進行存儲， 所述電源模塊(100)連接控制模塊(200)，用于為系統(tǒng)各模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車的控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括人機交互接口(600)，所述人機交互接口(600)連接控制器模塊(200)，用于開發(fā)人員對控制程序參數(shù)設(shè)定修改。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)存儲模塊(900)采用SD卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車的控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)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(jù)權(quán)利要求4所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的擴展接口(500)包括預(yù)留IO接口(501)和預(yù)留AD接口(502);所述預(yù)留IO接口(501)，用于拓展的數(shù)字信息的輸入輸出；所述的預(yù)留AD接口(502)，用于拓展的模擬信號的輸入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源模塊(100)包括用于為系統(tǒng)各種模塊提供電源的主電源單元(101)、用于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(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的圖像采集模塊(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)，用于采集路面交流變化的磁場信息；所述攝像頭傳感器(302)，用于采集路面顏色信息；所述線性CCD傳感器(303)，用于采集路面顏色信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)，其特征在于: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)，用于監(jiān)測所述智能車姿態(tài)角及運動方向；所述編碼器(403)，提供測量所述智能車的轉(zhuǎn)速測定所述智能車的運行速度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)智能車控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的運動執(zhí)行模塊(700)包括電機驅(qū)動(701)和舵機(702);所述電機驅(qū)動(701)，用于驅(qū)動所述智能車的速度，同時兼容單電機驅(qū)動和雙電機驅(qū)動模式；所述舵機(702)，用于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(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)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