一种移动机器人超级电容智能管理系统

本发明属于电容管理系统，具体涉及一种移动机器人超级电容智能管理系统。

背景技术：

1、随着电子设备应用越来越广泛，电源稳定和高效的供应显得尤为重要。在某些特定的情况下，电源只能为用电器提供有限的功率。一种解决方案是增强电源的供给能力，但并不是所有情况下都允许我们增加更多的电源串联进行，例如电源无法移动(剧场电源又大又重，无法临时更换)或者像是我们机器人底盘某一时刻需要很高的功率，然而电池给的功率定常而无法实现速度的爆发增长等等情况。如果没有外加的能量，我们的用电器只能维持在一个特定的功率。依据已有的开源算法，经过pid调参之后，运行在这套电路上，实现比较好的效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种移动机器人超级电容智能管理系统。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：一种移动机器人超级电容智能管理系统，包括两大子系统：能量子系统和计算子系统，其中计算子系统用于计算，能量子系统根据计算子系统的计算结果对能量的使用、存储、传输进行控制。

3、如上所述的一种移动机器人超级电容智能管理系统，其中，所述的能量子系统包括，能量流向控制主模块以及能量子系统通讯模块，其中能量子系统通讯模块控制能量流向控制主模块，能量流向控制主模块用于对能量子系统通讯模块提供能量和数据。

4、如上所述的一种移动机器人超级电容智能管理系统，其中，能量流向控制主模块由三个器件组构成：mos管、驱动芯片以及其自举滤波回路和电容电感构成，

5、mos管共有四支，在此模块中作为开关使用，控制g端电压高于s端即可致使d端和s端导通，四个mos管相互配合，和电感组成的完整电路，形成升降压斩波电路，实现控制能量流向的功能，

6、驱动芯片及其回路共两支，芯片输入为主控芯片传输的pwm波，输出为高低电位变化，此回路主要用途为控制和驱动两支上管，获知两上管未知电位，能量流向控制主模块信号经过板件通讯模块传输给此二芯片，实现mos开关控制，电容作自举电容，

7、滤波电容共两组，分别接在能量控制输入输出两端，作滤波用。

8、如上所述的一种移动机器人超级电容智能管理系统，其中，能量子系统通讯模块由两组器件构成：螺柱和排针，

9、螺柱共四支，电位分别为电容组电压、主回路电压和两个地电位，作用为传输两子系统间电压点位，使得整个系统的电压电位统一；

10、排针共两组，每组4p，各连接一个驱动芯片，作用为将计算子系统中的主控模块的pwm控制信号传递给驱动芯片，完成能量流向的控制。

11、如上所述的一种移动机器人超级电容智能管理系统，其中，所述的计算子系统包括以下七个模块：直流降压模块，采样模块，通讯模块，主控模块，计算子系统通讯模块，防倒灌模块，拓展模块，

12、其中计算子系统通讯模块用于与能量子系统通讯模块进行数据和控制信号的交换，

13、防倒灌模块用于保证电源不被系统其他部分反向充电，

14、采样模块用于对计算子系统通讯模块的数据进行采样，并将采样结果上传至主控模块，

15、直流降压模块用于将外部的高电压降压到符合各个模块输入电压的范围，

16、拓展模块用于后期开发拓展，

17、主控模块用于接收各个模块上传的信息，计算，并下传控制信号，

18、通讯模块也称为串口通讯模块，用于将主控模块发出的can信号处理后向外传输以及接收信号处理后返回主控模块，形成双向的交互。

19、如上所述的一种移动机器人超级电容智能管理系统，其中，所述的计算子系统七个模块的具体内容如下，

20、直流降压模块：直流降压部分采用xl1509-adj芯片来完成降压的操作需求，通过电池取电，此芯片工作范围4.5--40v,一般采用24v，经过两路降压，将电压输出稳定在11v，5v和3v3，其中，一路降压将电压降至11v，是为了给能量部分供电，确保能量部分的芯片和电路能够稳定工作；另一路首先将电压降至5v，以确保拓展部分的供电，同时，通过直流转直流的降压芯片再转至ldo，可有效减小电路的能量损耗；此路再将5v通过ldo降压至3v3，为主控部分，串口通讯部分以及采样部分供电，5v转3v3的电路设有自恢复保险丝，当电流大于阈值时自动断开，以确保板载主控等芯片的安全与稳定，

21、采样模块：采样模块采用高精度10毫欧2512大功率采样电阻，以确保原始数据采样的精准性和置信度，采样信号输入高精度电流采样芯片，经过处理，滤波后传入片上adc，为了给计算提供依据，超级电容组和电池电压通过负反馈运放处理后输入给片上adc，三路adc互不干扰，避免了信号间的相互影响，

22、通讯模块：串口通讯模块分为三个模块：can通讯模块，uart通讯模块和烧录调试模块，板载两路uart，两路can通讯，can信号处理采用收发芯片来处理，此芯片可将主控芯片发出的can信号处理后向外传输以及接收信号处理后返回主控单片机，形成双向的交互，

23、主控模块：主控模块采用stm32g474cet6芯片，此芯片主频可达170m，stm32g系列芯片多用于电源控制领域，在stm32系列芯片中属性能卓越，可保证出色的处理速度以及精度；并且有5路adc，2路fdcan，对于本系统的串口通讯以及采样需求完美契合；此外此芯片经济性高，具有卓越性能，包括7个高分辨率定时器以及高精度片上adc，同时也很便宜，与此同时，我们还充分利用了芯片的io口，空余的io口基本都进行了引出，不浪费芯片的性能，实现最大化利用，

24、计算子系统通讯模块：计算部分通过螺柱将电能传递给能量部分，板间的pwm信号通过2*2p的排针传递，此设计可以做到在保证性能的情况下，最大化节约空间，也确保了系统散热的可靠性，同时也避免了大功率电路和高精度电路的互相干扰，

25、防倒灌模块：防倒灌模块分为两部分，第一部分是由一只二极管构成，在电源与主回路之间，防止主回路的电能倒流进入电池；第二个电路采用mos管和防倒灌芯片，防止底盘的能量倒流进入主回路，这里采用双保险模式，使得我们的系统能够更加的安全以及稳定，

26、拓展模块：拓展部分引出了主控芯片空余的io口，方便用户后期开发拓展，也一定程度上可以给系统作为冗余备份，扬声器可以在系统上电以及上电初始化过程中给予用户相应的声音提示，oled屏幕可以显示系统的运行状态，同时也可以对系统进行设置，rgb灯作为系统的指示灯，不同的颜色代表了电路不同的工作状态，我们用上述三种交互方式来给用户较为直观的交互体验，同时增强了本产品的易用性。

27、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：在保证系统过流、散热稳定性得前提下，我们还融入了防反接、防倒灌等电路保证系统的基本运行安全，除此之外，本发明还有以下有益效果：

28、①通过本系统对于能量流向的定向控制(核心为能量子系统中的能量控制主模块的升降压斩波原理)和开源算法，我们可以实现电容死电被利用，能量浪费更少的目标；

29、②高精度采样电路保证了数据采集的可靠性，使得本系统具有较高的精准度。