专利名称：一种比赛用智能循迹模型车的制作方法
技术领域：
本实用新型属于比赛用智能循迹模型车的领域，尤其涉及到一种比赛用智能循迹 入库出库的模型车。
背景技术：
智能模型车是当今车辆工程领域研究的前沿，它体现了车辆工程、人工智能、自动 控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来模型车的发展趋势。为了提高 大学生对智能模型车的认识和创新精神，现在相关的智能车比赛也越来越多，比赛形式也 多种多样。其中一些比赛不乏趣味性，各高校间也展开了相对的竞赛。
发明内容本实用新型的目的是提供一种比赛用智能循迹模型车，能够在智能模型车比赛当 中实现模型车自动入库出库等功能。为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案一种比赛用智能循迹模型车，包括车架、分别安装于车架两侧的一对左车轮和一 对右车轮、用于驱动左车轮和右车轮的驱动电机、安装于车架上的舵机以及电池和电机驱 动电路板，车架前端设有前排传感器，车架后端设有后排传感器；车架上还设有微控制器及 测速装置，测速装置位于车架的后部且安装在后排传感器的支架上；前排传感器、后排传感 器、测速装置以及电机驱动电路板均与微控制器相连接以传递信号，电机驱动电路板分别 与驱动电机及舵机连接。由以上可见，本实用新型的利用微控制器采集赛道的信息做出控制模型车的驱动 电机转速、转向和舵机的策略。模型车的微控制器根据行驶方向一侧的红外传感器信号识 别模型车当前的行驶状态，并做出相应的控制。当模型车的前排传感器探测到入库信息时， 微控制器控制模型车减速，同时进入入库程序；当模型车检测到车库的尽头时，模型车开始 启动出库程序，同时微控制器读取后排传感器的信号，相当于此时将车尾视为出库时的“车 头”。当模型车出库完毕，再读取模型车前排传感器，从而实现完整出库。
图1为本实用新型的安装示意图；图2为本实用新型的硬件电路连接示意图；图3为赛道示意图；图4为本实用新型的传感器的电路图；图5为本实用新型的测速装置的电路图；图6为本实用新型的舵机的电路图；图7为本实用新型的驱动电机的控制电路图；图8为本实用新型的微控制器的引脚连接电路图。[0015]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细地说明。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的比赛用智能循迹模型车包括车架9，车架9前端安装有前排传感器If、车架9后端安装有后排传感器Ir，车架9的前部设有舵机2，车架9上还设 有微控制器3、电池4和电机驱动电路板5，测速装置6位于车架9的后部，分别位于车架9 两侧的两组左车轮7和两组右车轮8上均设有驱动电机(未标号)，每个车轮由一个驱动电 机驱动。前排传感器If、后排传感器Ir、测速装置6以及电机驱动电路板5均与微控制器 3相连接以传递信号。电机驱动电路板5与车轮上的驱动电机连接。分别位于车架9前、后两端的前排传感器If和后排传感器Ir各包括一套相同的 红外传感器单元a、b、c、d、e、f、g，两套共14个红外传感器单元，每套7个，这些红外传感器 单元的输出端分别为 Jlf、J2f、J3f、J4f、J5f、J6f、J7f、Jlr、J2r、J3r、J4r、J5r、J6r、J7r。 每个红外传感器单元均等距并排安装，每套安装在同一排上，用来检测路面信息，其总体安 装距离略大于车架9的高度。舵机2主要用于控制模型车的转向，舵机2与电机驱动电路板 5连接，并由电机驱动电路板5控制。电池4可由4节5号电池串联而成，供电电压为5V。 测速装置6安装在后排传感器Ir的支架上，安装时保证测速车轮的中线和车体的中心线在 同一平面。参照图2，为本实用新型比赛用智能循迹模型车的硬件连接图。前排传感器If和 后排传感器Ir将路面信号传至微控制器3，同时测速装置6将车速信号采集并将其送至微 控制器3，微控制器3根据路面信息和车速决定左车轮7和右车轮8的驱动电机的速度和舵 机2的转向角度。微控制器3和驱动电机的动力均由电池4提供。由于模型车在转弯时内 外侧的车轮速度不同，但同侧车轮速度近似相同，所以采取将同侧的前、后两电机并联驱动 的方案进行车轮的驱动。在本实用新型中，微控制器3可采用P89V51RD2B型号单片机，驱 动电机为RC-260RA18130电机。参照图3，为赛道示意图。赛道基本参数为赛道表面由黑白两色组成，由内至外 为白色中心线宽40mm、外侧黑色宽100mm、最外侧的路肩白线宽30mm。在模型车车库前方 500-1000mm处设置车库提示线，车库的深度至少600mm，车库的底端是宽度为20mm的停止 线，用于提示模型车。参照图4，为本实用新型的传感器的电路图。本实用新型的传感器采用由红外发射 管TLN119、红外接收器芯片S7136共同组成的反射式光电传感器，外加可调电阻R2、发光二 极管LED1、电阻Rl和电阻R3组成。安装时，将红外发射管TLN119安装在红外接收器芯片 S7136的正前方，两器件间相距15mm。工作时，红外发射管TLN119发射的红外光发射到赛 道上，调整可调电阻R2的值便可以调节反射光的强度，发光二极管LEDl用于反映反射光的 强度，强度越大发光二极管LEDl越亮。红外接收器芯片S7136根据接收到的红外线强度得 到其参考电压，然后红外接收器芯片S7136将参考电压和标准电压比较。当光照射到白色 赛道区域时，红外接收器芯片S7136输出0，当光照射到黑色区域时，红外接收器芯片S7136 输出1。参照图5，为本实用新型测速装置的电路图。测速装置6采用第五轮的方式获得 车速。测速装置6采用欧姆龙E6A2型旋转编码器，其包括触发器74HC74AD、芯片74HC08D、芯片74HC86D和电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7，其中，电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7的阻值均为5K Ω。工作时，欧姆龙Ε6Α2型旋转编码器的旋转输出Α、Β两相方波 信号，且两相间的相位相差90°。当模型车前行时，A相位超前90°，经芯片74HC86D或门 得到比较信号，并将信号送至芯片74HC08D的2和4引脚，同时A、B两相输出信号在触发
器74HC74AD的调整下得到两个全高信号&和低电平信号Q，比较信号和触发器信号在触发
器74HC74AD与门的作用下，J8输出低电平信号，J9输出波形信号(前进速度)。反之，当 模型车倒退时，B相位超前90°，此时J8输出波形信号(后退速度)，J9输出低电平信号。参照图6，为本实用新型舵机的驱动电路图。本实用新型采用的舵机为SANVA的 ERG-VR的高速反应舵机，其工作电压为6V，采用PWM信号控制。舵机驱动电路包括芯片 74HC32D、稳压器LM350T、可调电阻R10、电阻R9和稳压电容C3。其中，稳压电容C3、稳压器 LM350T、可调电阻RlO和电阻R9共同组成稳压电路，为舵机2提供稳定的工作电压。舵机 2由单片机为其提供PWM信号，从而控制模型车的转向角度。参照图7，为驱动电机的H桥行驶驱动电路原理图。该电路由两个PNP型三极管 8550 :Q1、Q2，两个NPN型三极管9013 :Q3、Q4、两个NPN型三极管8050 :Q5、Q6，电阻R11、电 阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16组成，其中电阻Rll和电阻R12的阻值均为 100 Ω，电阻R13和电阻R14的阻值均为IkQ，电阻R15和电阻R16的阻值均为500 Ω。H桥行驶驱动电路包括前进输入端J11，后退输入端J12，由于采用同侧前后轮驱 动电机并联的形式驱动，前后轮的驱动电机分别为Ml和Μ2。当电机前进输入端Jll为高电 平信号时，三极管Q3、Q2、Q5导通，驱动电机中电流方向为从右到左，驱动电机正转，模型车 前进；相反，当驱动电机后退输入端J12为高电平信号时，三极管Q4、Q1、Q6导通，驱动电机 中电流方向为从左到右，驱动电机反转，模型车后退。参照图8，为微控制器3的控制电路。微控制器3采用P89V51RD2B型号单片机， 将前排传感器If和后排传感器Ir的14个输出信号分别连接到PO和Pl 口。测速信号J8 和J9与P89V51RD2B单片机的P3. 4和P3. 5引脚相接，P2. 2是舵机信号的控制端，与JlO 相连。P2. 3和P2. 4是控制驱动电机信号的两个端口，和驱动电机的驱动电路的Jll和J12 连接，用于控制驱动电机的正反转。以下对本实用新型模型车使用过程作进一步的说明启动时，模型车的前排传感器If和后排传感器Ir实时采集赛道信息，正常行驶 时，模型车向前行驶，此时微控制器3读取前排传感器If的信号，并结合测速装置6测得 的车速信号控制左、右两侧的驱动电机和前方的舵机2，进而控制模型车行驶速度和转向角 度，直至进入车库；当模型车遇到车库的底线时，模型车停止；当模型车在库中出库时，模 型车读取后排传感器Ir的信号，并做出相应的速度和角度控制，实线模型车的顺利出库， 出库完毕后，模型车再重新读取前排传感器If，实现向前行驶。本实用新型具有智能化、简 易等特点。
权利要求一种比赛用智能循迹模型车，包括车架(9)、分别安装于车架(9)两侧的一对左车轮(7)和一对右车轮(8)、用于驱动左车轮(7)和右车轮(8)的驱动电机、安装于车架(9)上的舵机(2)以及电池(4)和电机驱动电路板(5)，其特征在于所述车架(9)前端设有前排传感器(1f)，车架(9)后端设有后排传感器(1r)；所述车架(9)上还设有微控制器(3)及测速装置(6)，所述测速装置(6)位于车架(9)的后部且安装在所述后排传感器(1r)的支架上；所述前排传感器(1f)、后排传感器(1r)、测速装置(6)以及电机驱动电路板(5)均与所述微控制器(3)相连接，所述电机驱动电路板(5)分别与所述驱动电机及所述舵机(2)连接。
2.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述前排传感器(If)和 所述后排传感器(lr)各包括一套7个相同的红外传感器单元。
3.如权利要求2所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述每个红外传感器单 元等距并排安装，且总体安装距离略大于所述车架(9)的高度。
4.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述微控制器(3)为 P89V51RD2B 单片机。
5.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述前排传感器(If)及 后排传感器(lr)为红外发射管TLN119和红外接收器芯片S7136共同组成的红外发射和接 收传感器。
6.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述测速装置(6)为欧 姆龙的E6A2-CWZ3C型旋转编码器。
7.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述驱动电机为 RC-260RA18130 电机。
8.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述舵机(2)为SANVA的 ERG-VR 舵机。
9.如权利要求1所述的比赛用智能循迹模型车，其特征在于所述位于同侧的前、后两 驱动电机并联驱动。
专利摘要一种比赛用智能循迹模型车，包括车架、分别安装于车架两侧的两组左车轮和两组右车轮、驱动左车轮和右车轮的驱动电机、安装于车架上的舵机以及电池和电机驱动电路板，车架前端设有前排传感器，车架后端设有后排传感器；车架上还设有微控制器及测速装置，测速装置位于车架的后部且安装在后排传感器的支架上；前排传感器、后排传感器、测速装置以及电机驱动电路板均与微控制器相连接以传递信号，电机驱动电路板分别与驱动电机及舵机连接。本实用新型能够在智能模型车比赛当中实现模型车自动入库出库等功能。
文档编号A63H17/00GK201572526SQ201020101210
公开日2010年9月8日 申请日期2010年1月22日 优先权日2010年1月22日
发明者张伟方, 李锦明, 王冀白, 甄娜, 赵轩, 韩毅 申请人:长安大学