一种适用于移动终端设备控制的智能小车控制系统的制作方法

本实用新型涉及智能设备
技术领域：
，特别涉及一种适用于移动终端设备控制的智能小车控制系统。
背景技术：
：在当今的发展的机器人技术中，硬件和软件都可以由专门的硬件厂商制作，但是仍然存在一些问题，特别是使用WindowsCE系统进行控制的机器人，会存在以下几个缺点：(1)软件实时性较差，于众多环境的限制，那么机器人控制系统必须运行在一个实时性要求非常高的控制系统中，作为一般桌面应用的WindowsCE操作系统虽然本身支持多任务的方式，但是系统过于繁杂、系统任务较多、占用较多的系统资源，所以放到机器人系统中却很难达到高实时性的要求。(2)系统扩展性及开放性差，冗余大、开放性小和可扩展性差是机器人控制系统开发中的主要问题，由于机器人应用程序只适用于特定系统中，不便用户对系统软硬件进行扩展和定制，从而在一定的程度上限制了家庭机器人的发展。(3)软件移植性差由于机器人应用程序是基于特定的系统上编写的，它依赖于特定的处理器硬件平台，编写过程中会调用相关的硬件指令，而这样的指令在其他其他硬件平台无法使用，从而使其软件移植性大大降低。(4)系统可操纵性差。当机器人系统需要执行复杂的任务时，系统软件通常会需要使用者输入大量参数来确定任务的运行，虽然这样能精确的控制机器人的每个动作，但是直接的提高了系统使用的复杂度；本实用新型旨在研究一种可简单、高效适用于移动终端设备控制的智能小车控制系统从而沿用到机器人设备上，达到对完成连续动作的智能设备的高效控制。技术实现要素：鉴于上述内容，有必要提供一种适用于移动终端设备控制的智能小车控制系统，能简单、高效的利用移动终端设备控制可完成连续动作的智能设备的目的。为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于移动终端设备控制的智能小车控制系统，包括电源模块、电机驱动模块、控制器、传感器检测模块、无线模块、显示模块、摄像头模块和外部储存设备接口；所述电源模块包括两组锂电池组，其中一组锂电池组与控制器的电源管理芯片相连，另一组锂电池组与电机驱动模块相连；所述电机驱动模块包括电机控制模块和2片相同的驱动芯片，电机控制模块包括主处理器和单片机，单片机、主处理器和2片驱动芯片依次串联；所述驱动芯片设置有4通道逻辑电路，驱动芯片通过4通道逻辑电路与智能小车的4个减速电机相连；所述控制器包括主控制器和机械动作控制器，所述主控制器包括核心处理器芯片、以太网控制芯片、USB接口、标准串口、电源管理芯片、内存设备和外部设备接口，所述主控制器包括核心处理器芯片分别与以太网控制芯片、USB接口、标准串口、电源管理芯片、内存设备和外部设备接口相连，主控制器的核心处理器芯片设置有IIC总线接口，所述机械动作控制器包括增强型内核处理器和RF收发器，所述增强型内核处理器与智能小车的电机相连；所述传感器检测模块包括温湿度传感器模块、光照传感器模块和超声波模块，所述温湿度传感器包括温湿度传感器芯片和温湿度传感器数据接口，温湿度传感器芯片由温湿度测量模块、OTP内存和A/D转换器组成，温湿度传感器芯片的温湿度测量模块通过电容性聚合体对湿度进行测量，通过温能隙材料对温度测量，通过温湿度传感器芯片的A/D转换器来提高测试灵敏度，温湿度传感器芯片通过OTP内存中储存的温湿度校准系数对测量得的内部信号进行校准，所述光照传感器模块包括光照传感器模拟芯片和放大电路，放大电路安装在光照传感器模拟芯片的输出端，模拟芯片通过内嵌的转换控制器将模拟芯片的模拟电压量来转换成数字量，根据数字量来计算光照强度，所述传感器检测模块的温湿度传感器模块和光照传感器模块通过两线串行数据接口与机械动作控制器的增强型内核处理器相连；所述无线模块包括无线基础模块和无缝漫游模块，无缝漫游模块与无线基础模块相连，无线基础模块通过SDIO接口连接到主控制器的以太网控制芯片上，通过以太网控制芯片的TCP/IP协议发送相关数据到移动设备上；所述显示模块包括液晶显示模块和触摸输入模块，所述液晶显示模块包括液晶显示器和液晶控制器，液晶显示器通过液晶控制器与主控制器的核心处理器芯片相连，所述触摸输入模块为电容输入模块，电容输入模块通过IIC总线与主控制器的核心处理器芯片相连；所述摄像头模块包括130W象素的CMOS图像传感器模块，CMOS图像传感器模块通过SCCB控制总线与主控制器的核心处理器芯片的IIC总线接口相连。进一步的，所述外部储存设备接口包括NANDFlash接口、NOR-Flash接口、OneNAND接口、SRAM接口、DDR1接口、mDDR接口和DDR2接口。进一步的，所述主控制器的核心处理器芯片搭载有安卓智能操作系统。进一步的，所述液晶显示模块的液晶显示器的电源输入端前安装有集成升压芯片，集成升压芯片内嵌有MOSFET升压电路。进一步的，所述超声波模块用于检测智能小车与障碍物的距离。进一步的，所述电机控制模块控制智能小车的控制方法为，电机控制模块的主处理器通过无线模块获得移动终端设备发送的智能小车控制数据，主处理器根据控制数据计算单片机两路定时器值，并将计算值通过串口发送到单片机中，单片机接收计算值后更新两路定时器的PWM信号控制驱动芯片控制智能小车的4个减速电机的不同速度来完成移动终端设备发出的停止、前进、后退或转向指令。本实用新型具有如下有益效果：1、本实用新型的主控制器的核心处理器芯片搭载有安卓智能操作系统作为智能小车的控制系统，并采集视频信号、环境温湿度、光照情况、GPS全球卫星定位系统等数据通过WiFi无线网络发送给安卓智能手机、平板电脑控制端，控制端实时接收、显示所采集的数据并发送控制命令给机器人小车，实现对机器人小车的实时远程控制；利用安卓智能设备操作系统平台的强大功能，以及它良好的操作性，来编写机器人的手机控制程序；使用机器人的主控制器，外围挂载摄像头，对实时的图像数据进行编码并同时进行高速无线数据传输；使用单片机的灵活特性作为电机的驱动控制器、温湿度检测器、超声波数据读取，并将数据实时返回给主控制器；使用TCP/IP协议，以及完善的传输协议，达到图像实时更新的需求。2、本实用新型的外部储存设备接口包括NANDFlash接口、NOR-Flash接口、OneNAND接口、SRAM接口、DDR1接口、mDDR接口和DDR2接口，其中，NANDFlash作为系统提供静态存储空间，为程序的持久保存提供了便利，DDR1接口、mDDR接口和DDR2接口可扩展内部储存接口，可扩展内存解决了CPU在图像处理时内存不足的问题，为系统稳定流畅的运行提供了条件。3、本实用新型液晶显示器的电源输入端前安装有集成升压芯片，集成升压芯片内嵌有MOSFET升压电路，由于液晶显示器在背光是需要的电源是16V直流电源，需要对原输入的3.3V直流电源进行升压处理，因此，通过集成升压芯片的MOSFET升压电路来进行电平转换。4、本实用新型通过PWM信号控制智能小车的个减速电机来完成停止、前进、后退或转向指令，灵活高效，同时，本实用新型还通过超声波模块用于检测智能小车与障碍物的距离，能精确的对周围环境进行预判，提高智能小车的精确度。【附图说明】图1是本实施例的结构框架图；图2是本实用新型实施例的摄像头模块原理图；图3是本实用新型实施例的液晶显示器前升压芯片内嵌的MOSFET升压电路图；图4是本实用新型实施例的液晶模块的液晶控制器原理图；图5是本实用新型实施例的无线模块原理图；图6是本实用新型实施例的机械动作控制器的增强型内核处理器控制原理图；图7是本实用新型实施例电机驱动模块的驱动芯片原理图；图8是本实用新型实施例的温湿度传感器芯片原理图；图9是本实用新型实施例的光照传感器模拟芯片的原理图；图10是本实用新型的模拟测试环境图；。【具体实施方式】为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。。实施例：如图1所示，一种适用于移动终端设备控制的智能小车控制系统，包括电源模块、电机驱动模块、控制器、传感器检测模块、无线模块、显示模块、摄像头模块和外部储存设备接口；所述电源模块包括两组锂电池组，其中一组锂电池组与控制器的电源管理芯片相连，另一组锂电池组与电机驱动模块相连；所述电机驱动模块包括电机控制模块和2片相同的驱动芯片，(其中，驱动芯片选用L298驱动芯片图6是驱动芯片原理图)，电机控制模块包括主处理器和单片机，单片机、主处理器和2片驱动芯片依次串联；所述驱动芯片设置有4通道逻辑电路，驱动芯片通过4通道逻辑电路与智能小车的4个减速电机相连；所述控制器包括主控制器和机械动作控制器，所述主控制器包括核心处理器芯片、以太网控制芯片、USB接口、标准串口、电源管理芯片、内存设备和外部设备接口，所述主控制器包括核心处理器芯片分别与以太网控制芯片、USB接口、标准串口、电源管理芯片、内存设备和外部设备接口相连，主控制器的核心处理器芯片设置有IIC总线接口，所述机械动作控制器包括增强型内核处理器和RF收发器，所述增强型内核处理器与智能小车的电机相连，本实用新型使用的增强型内核处理器是控制模块，(其中，增强型内核处理器是的型号选用CC2530，图6是增强型内核处理器控制原理图)；所述传感器检测模块包括温湿度传感器模块、光照传感器模块和超声波模块，所述温湿度传感器包括温湿度传感器芯片和温湿度传感器数据接口，(其中，温湿度传感器选用SHT1x传感器芯片原理图，如图7)，是温湿度传感器芯片由温湿度测量模块、OTP内存和A/D转换器组成，温湿度传感器芯片的温湿度测量模块通过电容性聚合体对湿度进行测量，通过温能隙材料对温度测量，通过温湿度传感器芯片的A/D转换器来提高测试灵敏度，温湿度传感器芯片通过OTP内存中储存的温湿度校准系数对测量得的内部信号进行校准，所述光照传感器模块包括光照传感器模拟芯片和放大电路，，放大电路安装在光照传感器模拟芯片的输出端，(其中，光照传感器模拟芯片选用BPW34S，图8是光照传感器模拟芯片)模拟芯片通过内嵌的转换控制器将模拟芯片的模拟电压量来转换成数字量，根据数字量来计算光照强度，所述传感器检测模块的温湿度传感器模块和光照传感器模块通过两线串行数据接口与机械动作控制器的增强型内核处理器相连；所述无线模块包括无线基础模块和无缝漫游模块，无缝漫游模块与无线基础模块相连，无线基础模块通过SDIO接口连接到主控制器的以太网控制芯片上，通过以太网控制芯片的TCP/IP协议发送相关数据到移动设备上(其中，本实用新型的无线模块选用WM-G-MR-09模块，无线模块的原理图如图5所示)；所述显示模块包括液晶显示模块和触摸输入模块，所述液晶显示模块包括液晶显示器和液晶控制器，(其中，液晶控制器的原理图如图4所示)，液晶显示器通过液晶控制器与主控制器的核心处理器芯片相连，所述触摸输入模块为电容输入模块，电容输入模块通过IIC总线与主控制器的核心处理器芯片相连；所述摄像头模块包括130W象素的CMOS图像传感器模块，CMOS图像传感器模块通过SCCB控制总线与主控制器的核心处理器芯片的IIC总线接口相连，(其中，摄像头的工作原理图如图2所示)。为了增强核心处理器的处理能力，为程序的持久保存提供了便利，可扩展内存解决了CPU在图像处理时内存不足的问题，为系统稳定流畅的运行提供了条件，本实用新型的外部储存设备接口包括NANDFlash接口、NOR-Flash接口、OneNAND接口、SRAM接口、DDR1接口、mDDR接口和DDR2接口，其中，NANDFlash作为系统提供静态存储空间，，DDR1接口、mDDR接口和DDR2接口可扩展内部储存接口。为了提高智能小车的适应性，提高对小车的操控能力，简化操控界面，本实用新型的模块驱动控制系统为安卓智能操作系统。由于系统供电时3.3V直流电源，而液晶背光需要的电源是16V直流电源，所以需要对3.3V直流电源升压到16V为液晶提供电压。本实用新型在液晶显示模块的液晶显示器的电源输入端前安装有集成升压芯片，集成升压芯片内嵌有MOSFET升压电路(其中，图3是MOSFET升压电路图)。为了能精确的对周围环境进行预判，提高智能小车的精确度，本实用新型还通过超声波模块用于检测智能小车与障碍物的距离。本实用新型的电机控制模块控制智能小车的控制方法为，电机控制模块的主处理器通过无线模块获得移动终端设备发送的智能小车控制数据，主处理器根据控制数据计算单片机两路定时器值，并将计算值通过串口发送到单片机中，单片机接收计算值后更新两路定时器的PWM信号控制驱动芯片控制智能小车的4个减速电机的不同速度来完成移动终端设备发出的停止、前进、后退或转向指令。本实用新型实施例的控制系统测试验证试验如下：1、测试对象：机器人小车一台，摩托罗拉ME525Android智能手机一台，TP_Link无线路由器一台；2、测试环境：河池学院科技创新基地实验室内；3、测试过程：系统测试主要包括机器人小车图像的传输效果、图像帧率测试、小车行驶速度测试、超声波停车功能测试、各传感器效果测试。(1)首先搭建测试环境，将无线路由接上电源，配置其工作网段为192.168.8.*，其中，IP地址为：192.168.8.100；子网掩码为255.255.255.0；默认网关为192.168.8.6；(2)开启机器人小车端电源，开启小车端无线WiFi，并连接上无线路由；开启Android智能手机，使其连接到同一个无线路由器；(3)IP地址设置后，分别开启机器人小车控制器软件和手机控制软件界；当小车端软件和控制端软件全部运行时，手机端将会接收到小车端过来的图像信息，以及小车端传感器传过来的数据，此时，就能通过按键来控制小车动作了。4、传输帧率测试帧率即每秒钟显示的帧数。过程中将测试两个数据，机器人小车发送帧率和手机控制端接受帧率。测试使用Eclipse接受发送和接收的帧，并使用秒表计时。机器人小车测试数据如表1。表1机器人小车发送帧率测试由表1可知，机器人小车的平均每秒发送帧为19.8帧，那么如果手机控制端能够完全接收这些数据并显示，就能够有很好的图像实时性了。下面用同样的方法测试手机控制端接到有效收帧数据，数据如表2。表2手机端接收帧率测试由表2可知，手机控制端的平均每秒接收到的帧数为9.0帧，而小车发送的平均帧率为19.8fps，那么这样有一半以上的帧被丢失，致使手机显示端有所延时。导致这样的结果的原因有许多种，例如网络数据的延时及数据的丢失、手机处理数度慢等问题。对于一般的场景，如动画、环境变化等场景帧率在15fps是能够接受的[23]。设计中测试数据在10fps左右，所以还是会感到延时。5、机器人小车速度测试机器人小车运行速度也是小车的重要参数之一，这个参数也直接影响着小车的灵活性及其机动性，下面就让小车在不同PWM信号下的不同速率进行测试，测试结果如表3。表3机器人小车速度测试由表3可知，机器人小车最大移动速度为35.6cm/s，虽然移动速度较慢，但仍然满足设计要求的。6、重力传感器测试机器人小车重力传感器用于显示小车的倾向角度，对该传感器进行测试。当小车倾向45度角后，显示屏有端小车明显倾斜，表明该传感器工作正常。7、拍照功能测试机器人小车端连续的将图像数据发送给手机控制端，手机端可以通过拍照按键来保存当前图片。为了不占用更多的画面位置，手机上的拍照按键为操纵杆按键。机器人小拍照后的照片将存入手机SD卡中，将手机连接到PC机上，即可查看所拍摄到的图片。8、其他测试(1)温湿度、光照测试：由于实验室条件有限这里仅对它们做简单的测试，及测试它们能否正常工作。首先将小车放在环境温湿度正常，且光照充足的地方，查看手机端显示数据。再将小车放入暗室，并用手捂住温湿度传感器，查看手机端显示数据，发现在不同环境下，传感器的值也发生了相应的变化，表示相关传感器工作正常。(2)错误处理测试：即机器人小车面系统错误时的处理，测试情况如表4所示。表4机器人错误处理测试错误情况处理动作是否正确执行前方存在障碍物禁止小车前行是手机控制端丢失连接禁止小车动作，声音报警是无线网络断开禁止小车动作，声音报警是小车主控制器挂起禁止小车动作，声音报警是由表4可知，小车能够正常的处理一些错误。9、综合测试综合测试主要对系统完整功能的测试，即测试系统是否能够按使用者的操作去工作，及能否正常返回数据。首先搭建好网络环境，启动机器人小车和手机，开启对应的应用软件，开启软件后按下“menu”按键将弹出对话框。在第一个对话框中写入对方的IP地址，然后点击“link”按钮即可。测试如果连接正常即可看到有图像以及传输到手机控制器上了，此时即可对小车进行控制，小车默认为重力感应控制模式。如需要操纵杆控制需要手动切换，按键“menu”选择“G-Control”即可。综上所述，在测试过程中，控制器能够灵活的控制小车动作，图像传输流畅，有较小延时现象。系统运行稳定，在功能上基本达到设计的要求，在性能上也与预想的设计比较吻合，由于无线的数据传输依赖与网络的质量，如果网络较差的情况下，图像将出现较大延时。因此，使用本实用新型的智能小车控制系统，能利用移动终端设备对智能小车进行简单、高效的控制。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3