專利名稱：一種比賽用智能模型車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種模型車，尤其涉及一種比賽用智能模型車。
背景技術(shù)：
智能模型車是當(dāng)今車輛工程領(lǐng)域研究的前沿，它體現(xiàn)了車輛工程、人工智能、自動控制、計算機(jī)等多個學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉和綜合，是未來模型車的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在企業(yè)贊助的智能車比賽越來越多，比賽形式也多種多樣，因此智能車比賽已不僅僅是競速賽，豐富多彩的創(chuàng)意性比賽在各高校間展開角逐。而且比賽用的智能模型車，其結(jié)構(gòu)多種多樣，按照創(chuàng)意性比賽所提出的實(shí)現(xiàn)自主循跡、出入庫功能的智能模型車，也為此類比賽提出了具體的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種比賽用智能模型車，該智能模型車能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)意比賽中的自主循跡、出入庫等功能。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種比賽用智能模型車，包括車架，分別安裝于車架前后的從動輪和驅(qū)動輪，其特征在于，車架上還安裝有舵機(jī)、微控制器、電池、驅(qū)動電路模塊、驅(qū)動電機(jī)、差速器和測速編碼器，其中，舵機(jī)位于從動輪上，車架前端設(shè)有前排傳感器，車架后端設(shè)有后排傳感器；所述測速編碼器位于車架的后部，且在后排傳感器的支架上；所述前排傳感器、后排傳感器、測速編碼器、電機(jī)驅(qū)動電路模塊以及舵機(jī)均與微控制器相連接，所述電機(jī)驅(qū)動電路模塊與驅(qū)動電機(jī)連接，所述差速器與驅(qū)動電機(jī)連接，差速器的輸出軸與驅(qū)動輪相連接。本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)是所述前排傳感器和后排傳感器各包括一套7個相同的TCRT5000反射式紅外傳感器，每個反射式紅外傳感器等間距并排安裝。所述每個紅外傳感器單元等距并排安裝，且總體安裝距離略低于車架的高度。所述微控制器采用Freescale MC9S12DG128B單片機(jī)。所述測速編碼器選用歐姆龍E6A2-CWZ5C 100P/R型增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。所述舵機(jī)選用日冠牌corona/DS_929MG舵機(jī)。所述驅(qū)動電機(jī)選用RS380-ST型直流電機(jī)。本實(shí)用新型的比賽用智能模型車，是一種比賽用自主循跡、出入庫的智能模型車， 利用傳感器米集賽道的信息，微控制器根據(jù)賽道信息精確控制驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向和舵機(jī)轉(zhuǎn)角，從而實(shí)現(xiàn)模型車的自主尋跡和出入庫功能。微控制器根據(jù)安裝在模型車前后兩側(cè)的紅外光電傳感器采集的信號來識別模型車當(dāng)前的位置和行駛狀態(tài)，并做出相應(yīng)的控制策略。當(dāng)模型車前方的傳感器探測到入庫信息時，微控制器控制模型車減速，同時調(diào)用入庫程序；當(dāng)模型車檢測到車庫的底線時，啟動出庫程序，同時微控制器讀取后排紅外光電傳感器信號。當(dāng)模型車出庫完畢后，再讀取前排光電傳感器信號，從而實(shí)現(xiàn)完整出庫。具有智能、 簡易、控制精度高、控制方式簡單等特點(diǎn)。

[0016]圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖；[0017]圖2為本實(shí)用新型的硬件電路連接示意圖；[0018]圖3為賽道意圖；[0019]圖4為TCRT5000紅外反射式光電傳感器電路圖；[0020]圖5為電機(jī)驅(qū)動|旲塊電路電路圖；[0021]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
[0022]參見圖1，本實(shí)施例給出一種比賽用智能模型車，包括車架9，分別安裝于車架9前
后的從動輪11和驅(qū)動輪10，在車架9上還安裝有舵機(jī)2、微控制器3、電池4、驅(qū)動電路模塊
5、驅(qū)動電機(jī)6、差速器7和測速編碼器8，其中，舵機(jī)2位于從動輪11上，車架9前端和后端的支架上還設(shè)有前排傳感器If和后排傳感器Ir ;所述測速編碼器8位于車架9的后部，且在后排傳感器Ir的支架上；所述前排傳感器If、后排傳感器Ir、測速編碼器8、舵機(jī)2以及電機(jī)驅(qū)動電路模塊 5均與微控制器3相連接，所述電機(jī)驅(qū)動電路模塊5與驅(qū)動電機(jī)6連接，所述差速器7與驅(qū)動電機(jī)6連接，差速器7的輸出軸與驅(qū)動輪10相連接。前、后兩端的前排傳感器If和后排傳感器Ir各包括一套相同的TCRT5000反射式紅外傳感器單元a、b、C、d、e、f、g,兩套共14個紅外傳感器單元,每套7個,這些紅外傳感器單元的輸出端分別為 Jlf、J2f、J3f、J4f、J5f、J6f、J7f、Jlr、J2r、J3r、J4r、J5r、J6r、 J7r，每個傳感器等間距并排安裝在一起，用來檢測賽道信息，其總體安裝距離略低于車架9 的高度，保證在傳感器的采集距離內(nèi)。車架9上還安裝舵機(jī)2、微控制器3、電池4，驅(qū)動電路模塊5，驅(qū)動電機(jī)6，差速器7，編碼器8，驅(qū)動輪10，從動輪11。舵機(jī)2主要用于控制模型車的轉(zhuǎn)向。微控制器3采用Freescale MC9S12DG128B單片機(jī)，對采集信號進(jìn)行處理，并作出相應(yīng)的控制策略。電池4由6節(jié)電壓為I. 2V的單體電池串聯(lián)而成，供電電壓為7. 5V。驅(qū)動電路模塊5用于驅(qū)動電機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停車功能。驅(qū)動電機(jī)6安裝在模型車的后支架上，用于驅(qū)動模型車運(yùn)行，與差速器7輸入軸連接。測速編碼器8與差速器齒輪擬合， 用于檢測車輛的行駛速度。驅(qū)動輪10與差速器7的輸出軸連接，并安裝在車架9上。從動輪11與轉(zhuǎn)向橫拉桿連接，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，并安裝在車架9上。參照圖2，圖2為比賽用智能模型車的硬件連接圖。前后兩排傳感器將采集到的路面信息傳至微控制器，同時測速裝置將采集到的實(shí)時車速傳送至微控制器，控制器根據(jù)路面信息和車速信號制定控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和舵機(jī)角度的控制策略。由于汽車在轉(zhuǎn)彎時內(nèi)外側(cè)的車輪速度不同，為了防止側(cè)滑，所以后輪采用了差速器的布置方式。圖3為賽道示意圖。賽道基本參數(shù)為賽道表面由黑白兩色組成。賽道為白色，賽道寬度為500mm，賽道中心有寬50mm的黑色指引線，車庫深度約600mm。本實(shí)施例中，反射式紅外光電傳感器型號為TCRT5000，其電路圖參照圖4所示。安裝時，發(fā)光管在前部，接收管在后部，應(yīng)保證發(fā)光管和接收管在同一直線上，并且同時保證相鄰兩個TCRT5000傳感器間距在25. 00mm-25. 5mm之間。車輛運(yùn)行時，發(fā)光管發(fā)出紅外線， 由于紅外線照射在黑色指引線上和白色賽道上的反射率不同，接收管接收到的信號強(qiáng)度也不同，因此根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度的差異來判斷黑線位置。由于接收管接收到的反射信號強(qiáng)度的不同，因此輸出的電壓值也有差異，輸出電壓值通過LM324比較器后，便可判斷出賽道信息。測速編碼器8安裝在車架9上，與差速器7齒輪擬合實(shí)現(xiàn)測速。測速編碼器8型號為歐姆龍E6A2-CWZ5C 100P/R型增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。車輛運(yùn)行時，測速編碼器8的旋轉(zhuǎn)輸出A、B兩項(xiàng)方波信號，并且兩項(xiàng)間的相位相差90°。當(dāng)模型車前行時，A相位超前90°， 當(dāng)模型車倒退時，B相位超前90°。根據(jù)微控制器采集到的A、B兩項(xiàng)方波信號，對車速進(jìn)行精確控制。圖5是H橋功率驅(qū)動原理圖，場效應(yīng)管(S1、S2、S3、S4，型號為IRF3703Mosfet管) 由4個T0-220封裝組成H型雙極模式轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行調(diào)壓，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。該驅(qū)動電路方便地實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。H型全橋式驅(qū)動電路的4只場效應(yīng)管(IRF3703MOSfe)都工作在斬波狀態(tài)。SI、S4為一組，S2、 S3為一組，這兩組狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時，另一組必須關(guān)斷。當(dāng)SI、S4導(dǎo)通時，S2、S3關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當(dāng)32、53導(dǎo)通時，51、54關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。實(shí)際控制中，需要不斷地使電機(jī)在四個象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在S1、S4導(dǎo)通且S2、S3關(guān)斷到S1、S4關(guān)斷且S2、 S3導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的調(diào)節(jié)控制。舵機(jī)2選用日冠牌corona/DS_929MG舵機(jī)。根據(jù)輸入的占空比的不同，舵機(jī)輸出盤的旋轉(zhuǎn)方向不同，從而帶動橫拉桿橫向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向。當(dāng)舵機(jī)輸出盤順時針旋轉(zhuǎn)時， 前輪右轉(zhuǎn)；當(dāng)舵機(jī)輸出盤逆時針旋轉(zhuǎn)時，前輪左轉(zhuǎn)。Freescale MC9S12DG128B 單片機(jī)是 Motorola 公司 M68HC12 系列 16 位單片機(jī)中的一種。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有單片機(jī)基本部分和CAN功能塊部分組成，基本結(jié)構(gòu)包括一個中央處理器單元HCS12 (CPU)，2個異步串行通信口 SCI，2個同步串行通信口 SPI，8通道輸入捕捉/輸出比較定時器，I個8通道脈寬調(diào)制模塊以及49個獨(dú)立數(shù)字I/O 口(其中20個具有外部中斷及喚醒功能)，在片內(nèi)還擁有128KB的Flash ROM, 8KB的RAM，2KB的EEPROM。將TCRT5000反射式紅外光電傳感器的14個輸出信號分別連接到MC9S12DG128B 單片機(jī)的通信口。測速編碼器8的兩相信號分別與MC9S12DG128B單片機(jī)接口連接。舵機(jī)2 和電機(jī)驅(qū)動電路模塊5的控制信號分別與MC9S12DG128B單片機(jī)接口連接。電機(jī)驅(qū)動電路模塊5的4個MOSFET管分別與MC9S12DG128B單片機(jī)接口連接。本實(shí)施例中的驅(qū)動電機(jī)6選用RS380-ST型直流電機(jī)。具有體積小，控制方式簡單， 輸出力矩大，比功率大等特點(diǎn)。當(dāng)智能模型車向前行駛時，微控制器3讀取前排傳感器If信號并且結(jié)合測速編碼器8所測得的車速信號來控制驅(qū)動電機(jī)6的轉(zhuǎn)速和舵機(jī)2的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而精確控制模型車的行駛速度和舵機(jī)2的轉(zhuǎn)向角度，直至進(jìn)入車庫；當(dāng)后排傳感器Ir檢測到車庫底線時，驅(qū)動電機(jī)6實(shí)現(xiàn)反向制動使得智能模型車迅速停車；當(dāng)智能模型車出庫時，微控制器3讀取后排傳感器Ir所采集的賽道信號，并對驅(qū)動電機(jī)6速度和舵機(jī)2角度進(jìn)行精確控制，從而實(shí)現(xiàn)智能模型車的精確、快速出庫功能，出庫完畢后，微控制器3讀取前排傳感器If信號，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)向前行駛。
權(quán)利要求1.一種比賽用智能模型車，包括車架(9)，分別安裝于車架(9)前后的從動輪(11)和驅(qū)動輪(10)，其特征在于，在車架(9)上還安裝有舵機(jī)(2)、微控制器(3)、電池(4)、驅(qū)動電路模塊(5)、驅(qū)動電機(jī)￠)、差速器(7)和測速編碼器(8)，其中，舵機(jī)(2)位于從動輪(11) 上，車架(9)前端和后端的支架上還設(shè)有前排傳感器(If)和后排傳感器(Ir)；所述測速編碼器(8)位于車架(9)的后部，且在后排傳感器(Ir)的支架上；所述前排傳感器(If)、后排傳感器(Ir)、測速編碼器(8)、舵機(jī)(2)以及電機(jī)驅(qū)動電路模塊(5)均與微控制器(3)相連接，所述電機(jī)驅(qū)動電路模塊(5)與驅(qū)動電機(jī)(6)連接，所述差速器(7)與驅(qū)動電機(jī)(6)連接，差速器(7)的輸出軸與驅(qū)動輪(10)相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的比賽用智能模型車，其特征在于，所述前排傳感器(If)和后排傳感器(Ir)各包括一套7個相同的TCRT5000反射式紅外傳感器，每個反射式紅外傳感器等間距并排安裝。
3.如權(quán)利要求2所述的比賽用智能模型車，其特征在于所述每個紅外傳感器單元等距并排安裝，且總體安裝距離略低于車架(9)的高度。
4.如權(quán)利要求I所述的比賽用智能模型車，其特征在于，所述微控制器(3)采用 Freescale MC9S12DG128B 單片機(jī)。
5.如權(quán)利要求I所述的比賽用智能模型車，其特征在于所述測速編碼器(8)選用歐姆龍E6A2-CWZ5C 100P/R型增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。
6.如權(quán)利要求I所述的比賽用智能模型車，其特征在于所述舵機(jī)(2)選用日冠牌 corona/DS-929MG 舵機(jī)。
7.如權(quán)利要求I所述的比賽用智能模型車，其特征在于所述驅(qū)動電機(jī)(6)選用 RS380-ST型直流電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種比賽用智能模型車，包括車架，分別安裝于車架前后的從動輪和驅(qū)動輪，車架上還安裝有舵機(jī)、微控制器、電池、驅(qū)動電路模塊、驅(qū)動電機(jī)、差速器和測速編碼器，其中，舵機(jī)位于從動輪上，車架前端設(shè)有前排傳感器，車架后端設(shè)有后排傳感器；前排傳感器、后排傳感器、測速編碼器、電機(jī)驅(qū)動電路模塊以及舵機(jī)均與微控制器相連接，電機(jī)驅(qū)動電路模塊與驅(qū)動電機(jī)連接，所述差速器與驅(qū)動電機(jī)連接，差速器的輸出軸與驅(qū)動輪相連接。具有智能、簡易、控制精度高、控制方式簡單等特點(diǎn)。
文檔編號A63H17/26GK202342867SQ20112038476
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者余曼, 朱榮榮, 田學(xué)英, 高潔 申請人:長安大學(xué)