CN205256049U - 直立车 - Google Patents

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魏晓慧
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Abstract

本实用新型涉及一种直立车，其包括总控模块以及与其相连的电源模块、两个伺服电机、用于驱动伺服电机正转和反转的电机驱动模块、用于检测车辆加速度的加速度计、用于检测直立车倾角和旋转角速度的陀螺仪和用于检测车辆速度的测速编码器。所述直立车还包括与所述总控模块相连的无线通信模块，该无线通信模块采用基于UART接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，其通过UART接口与总控模块通信；所述总控模块包括用于产生四路PWM信号的PWM发生电路，所述四路PWM发生电路的输出端与所述电机驱动电路相连。用户可利用身边的便携式设备对直立车进行遥控，例如取车时无需再走到直立车旁边，可遥控直立车开到用户目前的位置。

Description

直立车
技术领域
本实用新型涉及一种直立车。
背景技术
直立车又叫电动平衡车，还叫体感车、思维车、摄位车等。市场上主要有独轮和双轮两类。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（DynamicStabilization）的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制***，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持***的平衡，受到全世界年轻人和老人的喜爱。直立车还有很多功能可开发。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种可与便携式设备通信的直立车，方便对直立车进行遥控的直立车。
一种直立车，其包括总控模块以及与其相连的电源模块、与直立车的两个车轮相连的两个伺服电机、用于驱动所述两个伺服电机正转和反转的电机驱动模块、用于检测车辆加速度的加速度计、用于检测直立车倾角和旋转角速度的陀螺仪和用于检测车辆速度的测速编码器。所述直立车还包括与所述总控模块相连的无线通信模块，该无线通信模块采用基于UART接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，其通过UART接口与总控模块通信；所述总控模块包括用于产生四路PWM信号的PWM发生电路，所述四路PWM发生电路的输出端与所述电机驱动电路相连。
优选的，所述无线通信模块包括工作在无线接入点模式下的ESP8266芯片。
优选的，所述总控模块包括MKL26Z256VLL4芯片，其包括两个定时器脉冲计数接口，分别与设置在两个电机上的测速编码器的输出端相连，其还具有两个模数转换接口，分别与所述加速度计和陀螺仪相连，其还具有串行外设接口和输入输出接口。
优选的，所述的直立车还包括显示电路和输入电路，所述显示电路与MKL26Z256VLL4芯片的串行外设接口相连，所述输入电路与MKL26Z256VLL4芯片的输入输出接口相连。
本实用新型的直立车具有短距离无线通信模块，从而用户可利用身边的便携式设备对直立车进行遥控，例如取车时无需再走到直立车旁边，可遥控直立车开到用户目前的位置，使用更方便。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的直立车的电路结构模块图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本实用新型直立车作进一步详细描述。
如图1所示，一较佳实施例中，本实用新型的直立车主要包括总控模块以及与其相连的电源模块、与直立车的两个车轮相连的两个伺服电机、用于驱动所述两个伺服电机正转和反转的电机驱动模块、用于检测车辆加速度的加速度计、用于检测直立车倾角和旋转角速度的陀螺仪和用于检测车辆速度的测速编码器、用于显示***运行信息的显示电路、用于提供输入键盘或按钮的输入电路、以及与总控模块相连的无线通信模块。
其中，电源电路为***中需要电能的各个元器件和电路供电。
总控模块包括飞思卡尔的单片机KL26系列的MKL26Z256VLL4芯片，其是基于ARMCortex-M0内核的微控制器，集成了各种控制器，低功耗的嵌入式微控制器，是第二代内核ARMCortex-M0，它的指令集简单高效，可以实现确定性行为。MKL26Z256VLL4的CPU的工作频率高达48MHz。MKL26Z256VLL4的外设包括：高达256kB的Flash、32kB的数据存储器、I2C接口、UART接口、SPI（串行外设接口）接口、定时器脉冲计数接口，DMA、ADC（模数转换接口）、DAC（数模转换接口）等控制器；以及多达100个通用I/O（输入输出）接口。MKL26Z256VLL4芯片还具有用于产生四路PWM信号的PWM发生电路，四路PWM发生电路的输出端与电机驱动电路相连。
电机驱动模块可采用芯片BTS7970，是专业的电机驱动芯片，***只需简单电路。由于直立车使用双马达，又需要控制马达双向旋转，因此需要二块BTS7970构成一个全桥的电路，共使用四块BTS7970构成二个全桥电路分别驱动二个私服马达。四块BTS7970芯片分别与MKL26Z256VLL4芯片的四个PWM输出端口相连。
加速度计可以测量物体受到的加速度，加速度可由物体运动或者地球重力加速度产生。本实施例的加速度传感器型号是MMA7361，是Freescale生产的，其输出端与总控模块的MKL26Z256VLL4芯片的AD端口相连。
陀螺仪，即角速度传感器用于测量物体的旋转角速度，可采用例如但不限于村田公司生产的ENC-03MB，其输出端与总控模块的MKL26Z256VLL4芯片的另一个AD端口相连。
测速编码器可采用512线的光电编码器，使用总控模块的TPM脉冲计数编码器的输出脉冲就可得到直立车的速度。
显示电路与MKL26Z256VLL4芯片的串行外设接口相连，可采用OLED（OrganicLight-EmittingDiode，有机发光二极管）液晶显示模块。输入电路与MKL26Z256VLL4芯片的输入输出接口相连，输入电路可为独立按键或为简单的键盘电路。
其中，直立车***的姿态控制包括平衡控制，速度控制和方向控制。平衡控制：控制两个马达反向转动或者正向转动，也就是控制车模往前运动或者往后运动，具体是车模往哪边倒就往哪边跑，使得模型车保持平衡直立；速度控制：车模平衡状态的倾角是不变的，车模匀速运动时的倾角与平衡状态的倾角保持一个差值，速度越快，倾角差值越大，通过改变模型车的倾斜角度的大小，从而控制车模的速度，车模的倾角大小控制则是通过反馈车轮的转速的大小进行调节来实现，也就是通过控制电机的转速来控制车模的倾角；方向控制：采用控制两个车轮旋转的速度差的方式，也就是控制两个马达的速度差来实现旋转、打角，也即方向控制。假设单独的完成车模的直立和方向控制任务，车模直立和控制方向任务较为简单直接，使两个马达控制车模两个轮子即可。实际上将两个控制叠加在一起加载在马达上，因为马达的转速和电压是线性关系，控制过程中马达处于线性状态，就可以同时完成车模的直立和控制方向任务。可以想象这个控制过程中车模的马达是两个马达的叠加，同时作用于车轮，实现车模的方向控制和平衡控制。控制车模的车速大小是使用改变车模的倾角的方式。车模倾斜角与平状态的倾斜角的差值越大，速度越快，差值越小，则车模速度就越慢，调节车模的倾斜角不同引起车模的加减速，实现对车模的速度大小的调节。
平衡控制、速度控制、方向控制，各自独立进行。将各自的控制叠加加载到马达上，最终都是对同一个控制对象马达进行控制，他们之间的关系是耦合。三个控制任务中，车模平衡控制是基础，直立模型车必须保证是直的，控制过程中方向控制和速度控制应该减少对平衡直立控制的影响，但要实现各自的控制任务，因此模型车速度、方向控制必须保持平滑输出加载到马达上。速度控制是通过调节平衡状态的倾角和行驶状态的倾角差值，平衡状态的倾角是固定的，调节倾角也就能使车行驶，避免速度控制影响平衡控制，对模型车倾角的改变必须非常缓慢的进行。目前直立车的平衡控制已经较为成熟，在此不再赘述。
无线通信模块采用基于UART接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，本实施例中采用工作在无线接入点（WirelessAccessPoint，AP）模式下的ESP8266芯片，其通过UART接口与总控模块通信，两者通过AT命令（即Attention）进行数据交互。无线移动设备可连接ESP8266组建的Wi-Fi网络，通过Wi-Fi与ESP8266模块通信，从而实现无线便携式移动设备与MCU的通信。
采用本实用新型架构的直立车通过对主控模块的芯片进行编程，可实现在无人干扰的情况下实现直立，受到外界的干扰也能通过自我调节恢复直立状态，单片机实现智能控制算法是智能控制器，运用多个智能PID控制算法，从而实现直立车的直立，速度控制。通过在无线移动设备上安装合适的应用（APP，application），可实现通过无线移动设备控制直立车的前进、后退和转弯，从而用户可利用身边的便携式设备对直立车进行遥控，例如取车时无需再走到直立车旁边，可遥控直立车开到用户目前的位置，使用更方便。
虽然对本实用新型的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (4)

1.一种直立车，包括总控模块以及与其相连的电源模块、与直立车的两个车轮相连的两个伺服电机、用于驱动所述两个伺服电机正转和反转的电机驱动模块、用于检测车辆加速度的加速度计、用于检测直立车倾角和旋转角速度的陀螺仪和用于检测车辆速度的测速编码器，其特征在于，还包括与所述总控模块相连的无线通信模块，该无线通信模块采用基于UART接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，其通过UART接口与总控模块通信；所述总控模块包括用于产生四路PWM信号的PWM发生电路，所述四路PWM发生电路的输出端与所述电机驱动电路相连。
2.根据权利要求1所述的直立车，其特征在于，所述无线通信模块包括工作在无线接入点模式下的ESP8266芯片。
3.根据权利要求1所述的直立车，其特征在于，所述总控模块包括MKL26Z256VLL4芯片，其包括两个定时器脉冲计数接口，分别与设置在两个电机上的测速编码器的输出端相连，其还具有两个模数转换接口，分别与所述加速度计和陀螺仪相连，其还具有串行外设接口和输入输出接口。
4.根据权利要求3所述的直立车，其特征在于，还包括显示电路和输入电路，所述显示电路与MKL26Z256VLL4芯片的串行外设接口相连，所述输入电路与MKL26Z256VLL4芯片的输入输出接口相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106200496A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 南京晓庄学院 一种基于加速度传感器的智能车模控制***及其控制方法

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