专利名称：一种比赛用智能模型车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模型车，尤其涉及一种比赛用智能模型车。
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。现在企业赞助的智能车比赛越来越多，比赛形式也多种多样，因此智能车比赛已不仅仅是竞速赛，丰富多彩的创意性比赛在各高校间展开角逐。而且比赛用的智能模型车，其结构多种多样，按照创意性比赛所提出的实现自主循迹、出入库功能的智能模型车，也为此类比赛提出了具体的要求。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种比赛用智能模型车，该智能模型车能够实现创意比赛中的自主循迹、出入库等功能。为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案予以实现。一种比赛用智能模型车，包括车架，分别安装于车架前后的从动轮和驱动轮，其特征在于，车架上还安装有舵机、微控制器、电池、驱动电路模块、驱动电机、差速器和测速编码器，其中，舵机位于从动轮上，车架前端设有前排传感器，车架后端设有后排传感器；所述测速编码器位于车架的后部，且在后排传感器的支架上；所述前排传感器、后排传感器、测速编码器、电机驱动电路模块以及舵机均与微控制器相连接，所述电机驱动电路模块与驱动电机连接，所述差速器与驱动电机连接，差速器的输出轴与驱动轮相连接。本实用新型的其他特点是所述前排传感器和后排传感器各包括一套7个相同的TCRT5000反射式红外传感器，每个反射式红外传感器等间距并排安装。所述每个红外传感器单元等距并排安装，且总体安装距离略低于车架的高度。所述微控制器采用Freescale MC9S12DG128B单片机。所述测速编码器选用欧姆龙E6A2-CWZ5C 100P/R型增量式旋转编码器。所述舵机选用日冠牌corona/DS_929MG舵机。所述驱动电机选用RS380-ST型直流电机。本实用新型的比赛用智能模型车，是一种比赛用自主循迹、出入库的智能模型车， 利用传感器米集赛道的信息，微控制器根据赛道信息精确控制驱动电机转速、旋转方向和舵机转角，从而实现模型车的自主寻迹和出入库功能。微控制器根据安装在模型车前后两侧的红外光电传感器采集的信号来识别模型车当前的位置和行驶状态，并做出相应的控制策略。当模型车前方的传感器探测到入库信息时，微控制器控制模型车减速，同时调用入库程序；当模型车检测到车库的底线时，启动出库程序，同时微控制器读取后排红外光电传感器信号。当模型车出库完毕后，再读取前排光电传感器信号，从而实现完整出库。具有智能、 简易、控制精度高、控制方式简单等特点。
[0016]图I为本实用新型的结构及安装示意图；[0017]图2为本实用新型的硬件电路连接示意图；[0018]图3为赛道意图；[0019]图4为TCRT5000红外反射式光电传感器电路图；[0020]图5为电机驱动|旲块电路电路图；[0021]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
具体实施方式
[0022]参见图1，本实施例给出一种比赛用智能模型车，包括车架9，分别安装于车架9前
后的从动轮11和驱动轮10，在车架9上还安装有舵机2、微控制器3、电池4、驱动电路模块
5、驱动电机6、差速器7和测速编码器8，其中，舵机2位于从动轮11上，车架9前端和后端的支架上还设有前排传感器If和后排传感器Ir ;所述测速编码器8位于车架9的后部，且在后排传感器Ir的支架上；所述前排传感器If、后排传感器Ir、测速编码器8、舵机2以及电机驱动电路模块 5均与微控制器3相连接，所述电机驱动电路模块5与驱动电机6连接，所述差速器7与驱动电机6连接，差速器7的输出轴与驱动轮10相连接。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TCRT5000反射式红外传感器单元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，每个传感器等间距并排安装在一起，用来检测赛道信息，其总体安装距离略低于车架9 的高度，保证在传感器的采集距离内。车架9上还安装舵机2、微控制器3、电池4，驱动电路模块5，驱动电机6，差速器7，编码器8，驱动轮10，从动轮11。舵机2主要用于控制模型车的转向。微控制器3采用Freescale MC9S12DG128B单片机，对采集信号进行处理，并作出相应的控制策略。电池4由6节电压为I. 2V的单体电池串联而成，供电电压为7. 5V。驱动电路模块5用于驱动电机实现电机正转、反转和停车功能。驱动电机6安装在模型车的后支架上，用于驱动模型车运行，与差速器7输入轴连接。测速编码器8与差速器齿轮拟合， 用于检测车辆的行驶速度。驱动轮10与差速器7的输出轴连接，并安装在车架9上。从动轮11与转向横拉杆连接，实现车辆转向，并安装在车架9上。参照图2，图2为比赛用智能模型车的硬件连接图。前后两排传感器将采集到的路面信息传至微控制器，同时测速装置将采集到的实时车速传送至微控制器，控制器根据路面信息和车速信号制定控制电机转速和舵机角度的控制策略。由于汽车在转弯时内外侧的车轮速度不同，为了防止侧滑，所以后轮采用了差速器的布置方式。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。赛道为白色，赛道宽度为500mm，赛道中心有宽50mm的黑色指引线，车库深度约600mm。本实施例中，反射式红外光电传感器型号为TCRT5000，其电路图参照图4所示。安装时，发光管在前部，接收管在后部，应保证发光管和接收管在同一直线上，并且同时保证相邻两个TCRT5000传感器间距在25. 00mm-25. 5mm之间。车辆运行时，发光管发出红外线， 由于红外线照射在黑色指引线上和白色赛道上的反射率不同，接收管接收到的信号强度也不同，因此根据接收到的信号强度的差异来判断黑线位置。由于接收管接收到的反射信号强度的不同，因此输出的电压值也有差异，输出电压值通过LM324比较器后，便可判断出赛道信息。测速编码器8安装在车架9上，与差速器7齿轮拟合实现测速。测速编码器8型号为欧姆龙E6A2-CWZ5C 100P/R型增量式旋转编码器。车辆运行时，测速编码器8的旋转输出A、B两项方波信号，并且两项间的相位相差90°。当模型车前行时，A相位超前90°， 当模型车倒退时，B相位超前90°。根据微控制器采集到的A、B两项方波信号，对车速进行精确控制。图5是H桥功率驱动原理图，场效应管(S1、S2、S3、S4，型号为IRF3703Mosfet管) 由4个T0-220封装组成H型双极模式转换电路进行调压，控制电机转动方向和转速。该驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H型全桥式驱动电路的4只场效应管(IRF3703MOSfe)都工作在斩波状态。SI、S4为一组，S2、 S3为一组，这两组状态互补，当一组导通时，另一组必须关断。当SI、S4导通时，S2、S3关断，电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动；当32、53导通时，51、54关断，电机两端为反向电压实现电机的反转或正转制动。实际控制中，需要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S4导通且S2、S3关断到S1、S4关断且S2、 S3导通，这两种状态间转换。实现直流电机转速和方向的调节控制。舵机2选用日冠牌corona/DS_929MG舵机。根据输入的占空比的不同，舵机输出盘的旋转方向不同，从而带动横拉杆横向运动，实现前轮转向。当舵机输出盘顺时针旋转时， 前轮右转；当舵机输出盘逆时针旋转时，前轮左转。Freescale MC9S12DG128B 单片机是 Motorola 公司 M68HC12 系列 16 位单片机中的一种。其内部结构主要有单片机基本部分和CAN功能块部分组成，基本结构包括一个中央处理器单元HCS12 (CPU)，2个异步串行通信口 SCI，2个同步串行通信口 SPI，8通道输入捕捉/输出比较定时器，I个8通道脉宽调制模块以及49个独立数字I/O 口(其中20个具有外部中断及唤醒功能)，在片内还拥有128KB的Flash ROM, 8KB的RAM，2KB的EEPROM。将TCRT5000反射式红外光电传感器的14个输出信号分别连接到MC9S12DG128B 单片机的通信口。测速编码器8的两相信号分别与MC9S12DG128B单片机接口连接。舵机2 和电机驱动电路模块5的控制信号分别与MC9S12DG128B单片机接口连接。电机驱动电路模块5的4个MOSFET管分别与MC9S12DG128B单片机接口连接。本实施例中的驱动电机6选用RS380-ST型直流电机。具有体积小，控制方式简单， 输出力矩大，比功率大等特点。当智能模型车向前行驶时，微控制器3读取前排传感器If信号并且结合测速编码器8所测得的车速信号来控制驱动电机6的转速和舵机2的转角，进而精确控制模型车的行驶速度和舵机2的转向角度，直至进入车库；当后排传感器Ir检测到车库底线时，驱动电机6实现反向制动使得智能模型车迅速停车；当智能模型车出库时，微控制器3读取后排传感器Ir所采集的赛道信号，并对驱动电机6速度和舵机2角度进行精确控制，从而实现智能模型车的精确、快速出库功能，出库完毕后，微控制器3读取前排传感器If信号，继续实现向前行驶。
权利要求1.一种比赛用智能模型车，包括车架(9)，分别安装于车架(9)前后的从动轮(11)和驱动轮(10)，其特征在于，在车架(9)上还安装有舵机(2)、微控制器(3)、电池(4)、驱动电路模块(5)、驱动电机￠)、差速器(7)和测速编码器(8)，其中，舵机(2)位于从动轮(11) 上，车架(9)前端和后端的支架上还设有前排传感器(If)和后排传感器(Ir)；所述测速编码器(8)位于车架(9)的后部，且在后排传感器(Ir)的支架上；所述前排传感器(If)、后排传感器(Ir)、测速编码器(8)、舵机(2)以及电机驱动电路模块(5)均与微控制器(3)相连接，所述电机驱动电路模块(5)与驱动电机(6)连接，所述差速器(7)与驱动电机(6)连接，差速器(7)的输出轴与驱动轮(10)相连接。
2.如权利要求I所述的比赛用智能模型车，其特征在于，所述前排传感器(If)和后排传感器(Ir)各包括一套7个相同的TCRT5000反射式红外传感器，每个反射式红外传感器等间距并排安装。
3.如权利要求2所述的比赛用智能模型车，其特征在于所述每个红外传感器单元等距并排安装，且总体安装距离略低于车架(9)的高度。
4.如权利要求I所述的比赛用智能模型车，其特征在于，所述微控制器(3)采用 Freescale MC9S12DG128B 单片机。
5.如权利要求I所述的比赛用智能模型车，其特征在于所述测速编码器(8)选用欧姆龙E6A2-CWZ5C 100P/R型增量式旋转编码器。
6.如权利要求I所述的比赛用智能模型车，其特征在于所述舵机(2)选用日冠牌 corona/DS-929MG 舵机。
7.如权利要求I所述的比赛用智能模型车，其特征在于所述驱动电机(6)选用 RS380-ST型直流电机。
专利摘要本实用新型公开了一种比赛用智能模型车，包括车架，分别安装于车架前后的从动轮和驱动轮，车架上还安装有舵机、微控制器、电池、驱动电路模块、驱动电机、差速器和测速编码器，其中，舵机位于从动轮上，车架前端设有前排传感器，车架后端设有后排传感器；前排传感器、后排传感器、测速编码器、电机驱动电路模块以及舵机均与微控制器相连接，电机驱动电路模块与驱动电机连接，所述差速器与驱动电机连接，差速器的输出轴与驱动轮相连接。具有智能、简易、控制精度高、控制方式简单等特点。
文档编号A63H17/26GK202342867SQ20112038476
公开日2012年7月25日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者余曼, 朱荣荣, 田学英, 高洁 申请人:长安大学