一种光伏智能移动平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏智能移动平台，包括三块光伏板、第一光伏支架、第二光伏支架、第三光伏支架、麦克纳姆全向轮、底盘、上盖、辐照仪台、两个自锁电机和微处理器控制系统。本发明提供一种光伏智能移动平台，不仅可利用光伏板和光伏控制器控制锂电池充放电，并通过光伏支架和自锁电机实现支架的展开和收拢。同时通过上位机软件接收平台数据，并对数据进行处理，地图定位，利用行走算法下达行走指令，调整平台运行速度以及姿态，实现平台点对点行走和远程监控，且平台可通过自动检测电量、辐照度以及利用寻光算法寻找最佳充电场所，进行智能充电。
【专利说明】
一种光伏智能移动平台
技术领域
[0001]本发明涉及一种光伏智能移动平台，属于新能源智能机器人领域。
【背景技术】
[0002]随着光伏技术已日趋成熟，光伏发电已逐渐步入商业化、大众化、平民化，光伏发电在新领域的应用，将成为未来重要的研究方向。以太阳能为动力的智能机器人，具有环保、经济、灵活、通用等特点，具有广阔的应用前景。目前新兴发展起来的路面机器人或者飞行器普遍需要有操作人员手动为其充电，这很有可能因充电不及时而在关键时刻失去作用带来严重后果。此外户外智能机器人将会应用于公园导航、路面清洁，球场清理等领域。为此开发这样一个研究性移动平台具有积极的意义。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提供一种光伏智能移动平台，利用太阳能为平台提供电能，通过上位机与其通讯并控制其行走，具有自动充电、导航、壁障等功能。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种光伏智能移动平台，所述平台包括三块光伏板、第一光伏支架、第二光伏支架、第三光伏支架、麦克纳姆全向轮、底盘、上盖、辐照仪台、两个自锁电机和微处理器控制系统，所述三块光伏板分别安装在第一光伏支架、第二光伏支架和第三光伏支架上，所述第二光伏支架设置在上盖上，所述第一光伏支架和第三光伏支架分别通过自锁电机连接在第二光伏支架两侧，所述上盖前端设置有辐照仪台，所述上盖的下方设有底盘，且底盘外部的四角通过传动轴均安装有麦克纳姆全向轮，所述微处理器控制系统安装在底盘内部。
[0005]优选地，所述微处理器控制系统包括锂电池、11.1V光伏控制器、电机驱动模块组、测速直流电机组、姿态传感器、传感器组、信号处理模块、显示器模块、超声波模块组、GPRS模块、GPS模块、无线通讯模块、SD卡存储模块以及微处理器。
[0006]优选地，所述三块光伏板为三个并联连接的20W车载光伏板，11.1V光伏控制器配有光伏板输入接口、锂电池充放电接口和电量输出接口，所述光伏板通过光伏板输入接口与11.1V光伏控制器11连接，并由11.1V光伏控制器11控制通过锂电池充放电接口对锂电池进行充放电，所述11.1V光伏控制器11通过电量输出接口与负载连接，给整个系统供电，并与微处理器构成通讯，告知其充放电情况及故障情况。
[0007]优选地，电机驱动模块组包括两个L289N全桥驱动模块，所述测速直流电机组包括四个脉冲测速模块和四个带光电编码盘的直流电机，且所述四个直流电机分别安装在麦克纳姆全向轮上，所述微处理器通过所述电机驱动模块组驱动所述直流电机控制麦克纳姆全向轮行走，所述脉冲测速模块直接安装在所述直流电机上测量电机转速，并输出信号给微处理器让其读取，所述微处理器通过模糊PID算法控制四个直流电机的转速。
[0008]优选地，所述传感器组包括电流电压传感器、两个PT100温度传感器、水平辐照仪和摄像头，所述电流电压传感器安装于微处理器控制系统板上，且分别与光伏板和锂电池连接，用于监测电量，所述两个PTlOO温度传感器中的一个粘贴在光伏板背面，另一个暴露在空气中，分别用于采集光伏板背板温度和环境温度，所述水平辐照仪设置在辐照仪台的上方，用于采集水平辐照度，所述摄像头设置在辐照仪台的下方，用于采集图像信息，所述传感器组采集的信息通过信号处理模块传输至微处理器。上位机也不断传递该区域当前平均辐照度给平台，平台利用这些信息获知当前电量、光伏板和锂电池状态以及运行地点的辐照度，若电量降至一定程度需要充电，便会根据该地区平均福照度以及运行地点搜寻辐照度较高的充电场所，实现智能充电。
[0009]优选地，所述超声波模块组包括4个串联在一根串口总线上的URM37系列超声波模块，支持RS485通讯接口，且通过串口通讯协议与微处理器交换信息。4个超声波模块测量前后左右4个方向的障碍物距离，并结合双目摄像头的OpenCV算法实现平台前方障碍物测距，更好的保证前方障碍物距离精度现平台的智能壁障。
[0010]优选地，所述姿态传感器包括三轴加速度计和单轴陀螺仪，安装于平台底盘中心，用于采集平台当前姿态和各方向上运动速度，所述GPS模块安装于平台底盘中心，用于实时采集当前地理位置，并将采集的信息传输至微处理器。
[0011 ] 优选地，所述无线通讯模块为APC220无线通讯模块，且所述微处理器分别通过无线通讯模块和GPRS模块与上位机连接，实现平台的近程调试和远程通讯。微处理器利用AT指令将平台位置信息、采集到的数据以及状态参数通过GPRS模块传递给远程上位机，便于上位机数据处理。
[0012]优选地，所述SD卡存储模块包括SD卡和CH376文件管理控制芯片，所述微处理器通过显示器模块显示当前平台当前运行状态，并且在无上位机监控模式下，微处理器可通过CH376文件管理控制芯片将平台数据存入SD卡。
[0013]优选地，所述自锁电机为蜗轮蜗杆自锁电机，且与电机驱动模块组相连，由L289N全桥驱动模块驱动实现支架的展开合拢，可节省小车占地空间，也可利用自锁功能将光伏板支架展开到一定角度，接受太阳辐照。
[OOM]平台上位机软件由本领域技术人员根据平台功能利用微软公司的Visual Stud1软件编写平台编写的监控软件。平台运行时，上位机每一定时间收发一次数据，平台将位置信息、姿态信息、由超声波模块获取的障碍物距离参数、图像参数、其它传感器参数以及状态参数通过GPRS模块或者无线模块传输给上位机，上位机软件中包含某小范围地区的地图，可对平台进行定位显示，根据地图中路况信息以及行走算法给平台下达行走方向指令，实现平台从一地点到另一地点的自动行走，同时软件也可对其他数据进行处理、显示和存储
本平台的微处理器采用Ti公司的TMS320F28062高速浮点型32位CPU，拥有较强大的信号处理能力以及电机控制功能。
[0015]本发明提供一种光伏智能移动平台，不仅可利用光伏板和光伏控制器控制锂电池充放电，并通过光伏支架和自锁电机实现支架的展开和收拢。同时通过上位机软件接收平台数据，并对数据进行处理，地图定位，利用行走算法下达行走指令，调整平台运行速度以及姿态，实现平台点对点行走和远程监控，且平台可通过自动检测电量、辐照度以及利用寻光算法寻找最佳充电场所，进行智能充电。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的轴侧外观示意图；
图2为本发明的正面外观示意图；
图3为本发明的微处理器控制系统整体框图；
图4为本发明的程序流程图；
图中:光伏板I，第一光伏支架2-1、第二光伏支架2-2、第三光伏支架2-3，麦克纳姆轮3，底盘7，上盖5，辐照仪台6，自锁电机7，辐照仪8，摄像头9，锂电池10，11.1V光伏控制器11，电机驱动模块组12，测速直流电机组13，脉冲测速模块13-1、直流电机13-2、姿态传感器14，传感器组15，电流电压传感器15-1、PT100温度传感器15-2、信号处理模块16，显示器模块17，超声波模块组18，GPRS模块19，GPS模块20，无线通讯模块21，SD卡存储模块22，微处理器23，上位机24。
【具体实施方式】
[0017]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0018]如图1?4所示，1、一种光伏智能移动平台，包括三块光伏板1、第一光伏支架2-1、第二光伏支架2-2、第三光伏支架2-3、麦克纳姆全向轮3、底盘4、上盖5、辐照仪台6、两个自锁电机7和微处理器控制系统，所述三块光伏板I分别安装在第一光伏支架2-1、第二光伏支架2-2和第三光伏支架2-3上，所述第二光伏支架2-2设置在上盖上，所述第一光伏支架2-1和第三光伏支架2-3分别通过自锁电机7连接在第二光伏支架2-1两侧，所述上盖5前端设置有辐照仪台6，所述上盖5的下方设有底盘4，且底盘4外部的四角通过传动轴均安装有麦克纳姆全向轮，所述微处理器控制系统安装在底盘4内部。
[0019]优选地，所述微处理器控制系统包括锂电池10、11.1V光伏控制器11、电机驱动模块组12、测速直流电机组13、姿态传感器14、传感器组15、信号处理模块16、显示器模块17、超声波模块组18、GPRS模块19、GPS模块20、无线通讯模块21、SD卡存储模块22以及微处理器23ο
[0020]优选地，所述三块光伏板I为三个并联连接的20W车载光伏板，11.1V光伏控制器11配有光伏板I输入接口、锂电池10充放电接口和电量输出接口，所述光伏板I通过光伏板I输入接口与11.1V光伏控制器11连接，并由11.1V光伏控制器11控制通过锂电池10充放电接口对锂电池1进行充放电，所述11.1V光伏控制器(11)通过电量输出接口与主控电路板连接，给整个系统供电，光伏控制器自带微处理器，可通过硬件串行接口与微处理器23的串行接口连接，构成通讯，告知其充放电情况及故障情况。
[0021]优选地，所述电机驱动模块组12包括两个L289N全桥驱动模块，所述测速直流电机组13包括四个脉冲测速模块13-1和四个带光电编码盘的直流电机13-2，且所述四个直流电机分别安装在麦克纳姆全向轮3上，所述微处理器10通过所述电机驱动模块组12驱动所述直流电机13-2控制麦克纳姆全向轮3行走，所述脉冲测速模块13-1直接安装在所述直流电机13-2上测量电机转速，并输出信号给微处理器23让其读取，所述微处理器23通过模糊PID算法控制四个直流电机13-2的转速。
[0022]优选地，所述传感器组15包括电流电压传感器15-1、两个PT100温度传感器15-2、水平辐照仪8和摄像头9，所述电流电压传感器15-1安装于微处理器控制系统板上，且分别与光伏板I和锂电池10连接，用于监测电量，所述两个PT100温度传感器15-2中的一个粘贴在光伏板I背面，另一个暴露在空气中，分别用于采集光伏板背板温度和环境温度，所述水平辐照仪8设置在辐照仪台6的上方，用于采集水平辐照度，所述摄像头9设置在辐照仪台6的下方，用于采集图像信息，所述传感器组15采集的信息通过信号处理模块16传输至微处理器23。
[0023]优选地，所述超声波模块组18包括4个串联在一根串口总线上的URM37系列超声波模块，且通过串口通讯协议与微处理器23交换信息。
[0024]优选地，所述姿态传感器14包括三轴加速度计和单轴陀螺仪，安装于平台底盘中心，用于采集平台当前姿态和各方向上运动速度，所述GPS模块安装于平台底盘中心，用于实时采集当前地理位置，并将采集的信息传输至微处理器23。
[0025]优选地，所述无线通讯模块21为APC220无线通讯模块，所述GPRS模块19为S頂900A模块，都安装在平台尾部，天线引出在车身外部，且所述微处理器23分别通过无线通讯模块21和GPRS模块19与上位机连接，实现平台的近程调试和远程通讯。
[0026]优选地，所述SD卡存储模块22包括SD卡和CH376文件管理控制芯片，所述微处理器23通过显示器模块17显示当前平台当前运行状态，并通过CH376文件管理控制芯片将平台数据存入SD卡。
[0027]优选地，所述自锁电机7为蜗轮蜗杆自锁电机，且与电机驱动模块组12相连，由L289N全桥驱动模块驱动实现支架的展开合拢。
[0028]本发明的工作流程如下:
平台开机初始化后就根据传感器组采集到电池参数计算电量，若电量大于满电量的三分之一便存储数据，等待上位机下达指令以及数据，等待的过程中不断检测电量以及采集各类参数并存储，当上位机下达指令后，平台便将当前采集到的数据传递给上位机并且根据指令行走，同时启动壁障模式，上位机利用点到点行走算法不断传递平台行走方向和速度，实现平台按照规定路线行走。在此过程中，平台也会不断检测电量，当电量下降至满电量的三分之一后就进入自动充电模式，该模式下，上位机收集此地区当前平均辐照，此数据可以来自地面气象站，然后将此数据传递给平台，若平台采集的辐照度大于此地区当前平均辐照，便停止运行展开光伏板进行充电，在此期间不停检测辐照度和电量至充满，此后恢复运行，若平台采集的辐照度小于此地区当前平均辐照，便执行寻光模式并启动壁障模式，在此期间不断采集辐照度，直到走到辐照大于平均辐照的地点进行充电。在寻光模式中，利用麦克纳姆轮可使平台绕自身几何中心旋转，前端辐照仪可采集旋转一周中最大的辐照度，于是几何中心到此处的延长线便是最大辐照度所在直线，平台可沿此路线寻找辐照度最大的地点进行充电。
[0029]在本申请中所提及和用到的算法以及各模块装置均属于本领域中的技术人员所掌握的常规技术手段。
[0030]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种光伏智能移动平台，其特征在于:所述平台包括三块光伏板(I)、第一光伏支架 (2-1)、第二光伏支架(2-2)、第三光伏支架(2-3)、麦克纳姆全向轮(3)、底盘(4)、上盖(5)、辐照仪台(6)、两个自锁电机(7)和微处理器控制系统，所述三块光伏板(I)分别安装在第一光伏支架(2-1)、第二光伏支架(2-2)和第三光伏支架(2-3)上，所述第二光伏支架(2-2)设置在上盖上，所述第一光伏支架(2-1)和第三光伏支架(2-3)分别通过自锁电机(7)连接在第二光伏支架(2-1)两侧，所述上盖(5)前端设置有辐照仪台(6)，所述上盖(5)的下方设有底盘(4)，且底盘(4)外部的四角通过传动轴均安装有麦克纳姆全向轮，所述微处理器控制系统安装在底盘(4)内部。2.根据权利要求1所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述微处理器控制系统包括锂电池(10)、11.1V光伏控制器(11)、电机驱动模块组(12)、测速直流电机组(13)、姿态传感器(14 )、传感器组(15 )、信号处理模块(16)、显示器模块(17)、超声波模块组(18)、GPRS模块(19)、GPS模块(20)、无线通讯模块(21)、SD卡存储模块(22)以及微处理器(23)。3.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述三块光伏板(I)为三个并联连接的20W车载光伏板，11.1V光伏控制器(I I)配有光伏板(I)输入接口、锂电池(10)充放电接口和电量输出接口，所述光伏板(I)通过光伏板(I)输入接口与11.1V光伏控制器(I I)连接，并由11.1V光伏控制器(I I)控制通过锂电池(10)充放电接口对锂电池(10)进行充放电，所述11.1V光伏控制器(11)通过电量输出接口给整个系统供电，光伏控制器通过串口连接与微处理器(23)连接，构成通讯，告知其充放电情况及故障情况。4.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述电机驱动模块组(12)包括两个L289N全桥驱动模块，所述测速直流电机组(13)包括四个脉冲测速模块(13-1)和四个带光电编码盘的直流电机(13-2)，且所述四个直流电机分别安装在麦克纳姆全向轮(3)上，所述微处理器(10)通过所述电机驱动模块组(12)驱动所述直流电机(13-2)控制麦克纳姆全向轮(3)行走，所述脉冲测速模块(13-1)直接安装在所述直流电机(13-2)上测量电机转速，并输出信号给微处理器(23)让其读取，所述微处理器(23)通过模糊PID算法控制四个直流电机(13-2)的转速。5.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述传感器组(15)包括电流电压传感器(15-1)、两个PT100温度传感器(15-2)、水平辐照仪(8)和摄像头(9)，所述电流电压传感器(15-1)安装于微处理器控制系统板上，且分别与光伏板(I)和锂电池(10)连接，用于监测电量，所述两个PT100温度传感器(15-2)中的一个粘贴在光伏板(I)背面，另一个暴露在空气中，分别用于采集光伏板背板温度和环境温度，所述水平辐照仪(8)设置在辐照仪台(6)的上方，用于采集水平辐照度，所述摄像头(9)设置在辐照仪台(6)的下方，用于采集图像信息，并将图像信息传输至微处理器(23)，所述传感器组(15)采集的信息通过信号处理模块(16)传输至微处理器(23)。6.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述超声波模块组(18)包括4个串联在一根串口总线上的URM37系列超声波模块，且通过串口通讯协议与微处理器(23)交换信息。7.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述姿态传感器(14)包括三轴加速度计和单轴陀螺仪，安装于平台底盘中心，用于采集平台当前姿态和各方向上运动速度，所述GPS模块安装于平台底盘中心，用于实时采集当前地理位置，并将采集的信息传输至微处理器(23)。8.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述无线通讯模块(21)为APC220无线通讯模块，所述GPRS模块(19)为S頂900A模块，且所述微处理器(23)分别通过无线通讯模块(21)和GPRS模块(19)与上位机连接，实现平台的近程调试和远程通讯。9.根据权利要求2所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述SD卡存储模块(22)包括SD卡和CH376文件管理控制芯片，所述微处理器(23)通过显示器模块(17)显示当前平台当前运行状态，并通过CH376文件管理控制芯片将平台数据存入SD卡。10.根据权利要求4所述的一种光伏智能平台，其特征在于:所述自锁电机(7)为蜗轮蜗杆自锁电机，且与电机驱动模块组(12)相连，由L289N全桥驱动模块驱动实现支架的展开合拢。
【文档编号】G05B19/042GK105843115SQ201610164485
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】丁坤, 李元良, 陈富东, 顾鸿烨, 鲁钰, 刘建华, 王国庆, 李辰阳
【申请人】河海大学常州校区