載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，城市交通負(fù)荷日益加重，輕便的電動(dòng)代步工具越來(lái)越被人們所青睞。兩輪自平衡車是一個(gè)具有檢測(cè)自身姿態(tài)并且自動(dòng)保持平衡的類倒立擺控制系統(tǒng)。自該設(shè)備問(wèn)世以來(lái)，以其占地面積小，機(jī)動(dòng)靈活性高，駕駛方式簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而廣受市場(chǎng)關(guān)注。載人兩輪自平衡車采用蓄電池供電，現(xiàn)有的兩輪平衡車一般都是采用單個(gè)蓄電池模塊組通過(guò)降壓分別給控制器芯片、無(wú)線通信模塊芯片和電機(jī)供電，由于電機(jī)需要的電壓一般幾十伏，而通信芯片、控制器芯片需要的電壓一般3.3伏或者5伏，這種整體設(shè)計(jì)方案容易導(dǎo)致電壓之間相互干擾，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的供電電源采用兩組蓄電池，使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和芯片供電電源有效分離，增加了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，包括無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊和電源模塊；
[0005]所述的無(wú)線通信模塊的通信端口與嵌入式控制器模塊的通信端口連接；
[0006]所述的慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊檢測(cè)到的信號(hào)輸入到嵌入式控制器模塊；
[0007]所述的嵌入式控制器模塊通過(guò)1端口輸出的PWM控制信號(hào)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)化為電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電機(jī)模塊的輸入端電連接；
[0008]所述的霍爾電流檢測(cè)模塊檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端的電流大小，并將檢測(cè)信號(hào)輸入到嵌入式控制器模塊；
[0009]所述的電源模塊包括第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊，第一蓄電池模塊的電壓與第二蓄電池模塊的電壓相等；
[0010]第一蓄電池模塊降壓后通過(guò)第一開(kāi)關(guān)模塊為無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊供電；
[0011]第二蓄電池模塊降壓后通過(guò)第二開(kāi)關(guān)模塊為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電；
[0012]第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊、第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊均包含控制端，控制端分別與嵌入式控制器模塊的1端口連接；
[0013]第一蓄電池模塊的輸出端的正極通過(guò)第三開(kāi)關(guān)模塊與第二蓄電池模塊的輸出端正極電連接；
[0014]第一蓄電池模塊的輸出輸出端的負(fù)極通過(guò)第四開(kāi)關(guān)模塊與第二蓄電池模塊的輸出端負(fù)極電連接。
[0015]進(jìn)一步，所述的第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊、第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊均采用可控晶閘管實(shí)現(xiàn)。
[0016]進(jìn)一步，所述的嵌入式控制器模塊采用32位ARM Coretx M4核心微控制器。
[0017]進(jìn)一步，所述的人體重心測(cè)量模塊采用電阻應(yīng)變片組成全橋測(cè)量電路，能夠測(cè)量人體重心的偏移程度。
[0018]進(jìn)一步，所述的第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊的輸出電壓均為36V。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明兩輪自平衡車控制系統(tǒng)的供電電源采用兩組蓄電池，一組是電機(jī)驅(qū)動(dòng)用電源另一組是芯片供電電源，兩組電源是彼此獨(dú)立的、有效分離的，從而增加了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；上坡需要時(shí)，嵌入式控制器模塊通過(guò)第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊將第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊并聯(lián)增加電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的原理方框示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022]載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，包括無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊和電源模塊；無(wú)線通信模塊的通信端口與嵌入式控制器模塊的通信端口連接；慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊檢測(cè)到的信號(hào)輸入到嵌入式控制器模塊；嵌入式控制器模塊通過(guò)1端口輸出的PWM控制信號(hào)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)化為電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電機(jī)模塊的輸入端電連接；霍爾電流檢測(cè)模塊檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端的電流大小，并將檢測(cè)信號(hào)輸入到嵌入式控制器模塊；電源模塊包括第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊，第一蓄電池模塊的電壓與第二蓄電池模塊的電壓相等；
[0023]第一蓄電池模塊降壓后通過(guò)第一開(kāi)關(guān)模塊為無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊供電；第二蓄電池模塊降壓后通過(guò)第二開(kāi)關(guān)模塊為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電；第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊、第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊均包含控制端，控制端分別與嵌入式控制器模塊的1端口連接；
[0024]第一蓄電池模塊的輸出端的正極通過(guò)第三開(kāi)關(guān)模塊與第二蓄電池模塊的輸出端正極電連接；第一蓄電池模塊的輸出輸出端的負(fù)極通過(guò)第四開(kāi)關(guān)模塊與第二蓄電池模塊的輸出端負(fù)極電連接。
[0025]采用第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊的目的是:嵌入式控制器模塊可以通過(guò)第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊使得第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊是否并聯(lián)，當(dāng)上坡時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不夠時(shí)，可以通過(guò)第一蓄電池模塊與第二蓄電池模塊并聯(lián)方式增加輸出功率。
[0026]其中，所述的第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊、第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊均采用可控晶閘管實(shí)現(xiàn)。嵌入式控制器模塊采用32位ARM Coretx M4核心微控制器。人體重心測(cè)量模塊采用電阻應(yīng)變片組成全橋測(cè)量電路，測(cè)量人體重心的偏移程度，第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊的輸出電壓均為36V。第一蓄電池模塊通過(guò)降壓后輸出3.3V的電壓，第二蓄電池模塊輸出24V。
[0027]本實(shí)用新型的工作原理:本發(fā)明兩輪自平衡車控制系統(tǒng)的供電電源采用兩組蓄電池，第二蓄電池模塊為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電，第一蓄電池模塊為其它模塊供電，兩組電源是彼此獨(dú)立的、有效分離的，從而增加了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。嵌入式控制器模塊可以通過(guò)第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊使得第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊是否并聯(lián)，當(dāng)上坡時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不夠時(shí)，可以通過(guò)第一蓄電池模塊與第二蓄電池模塊并聯(lián)方式增加輸出功率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，包括無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊和電源豐吳塊； 所述的無(wú)線通信模塊的通信端口與嵌入式控制器模塊的通信端口連接； 所述的慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊檢測(cè)到的信號(hào)輸入到嵌入式控制器模塊；所述的嵌入式控制器模塊通過(guò)1端口輸出的PWM控制信號(hào)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)化為電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電機(jī)模塊的輸入端電連接； 所述的霍爾電流檢測(cè)模塊檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端的電流大小，并將檢測(cè)信號(hào)輸入到嵌入式控制器模塊； 所述的電源模塊包括第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊，第一蓄電池模塊的電壓與第二蓄電池模塊的電壓相等； 第一蓄電池模塊降壓后通過(guò)第一開(kāi)關(guān)模塊為無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊供電； 第二蓄電池模塊降壓后通過(guò)第二開(kāi)關(guān)模塊為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電； 第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊、第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊均包含控制端，控制端分別與嵌入式控制器模塊的1端口連接； 第一蓄電池模塊的輸出端的正極通過(guò)第三開(kāi)關(guān)模塊與第二蓄電池模塊的輸出端正極電連接； 第一蓄電池模塊的輸出輸出端的負(fù)極通過(guò)第四開(kāi)關(guān)模塊與第二蓄電池模塊的輸出端負(fù)極電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一開(kāi)關(guān)模塊、第二開(kāi)關(guān)模塊、第三開(kāi)關(guān)模塊和第四開(kāi)關(guān)模塊均采用可控晶閘管實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的嵌入式控制器模塊采用32位ARM Coretx M4核心微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的人體重心測(cè)量模塊采用電阻應(yīng)變片組成全橋測(cè)量電路，能夠測(cè)量人體重心的偏移程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊的輸出電壓均為36V。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種載人兩輪自平衡車控制系統(tǒng)，包括無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、電機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊和電源模塊；所述的電源模塊包括第一蓄電池模塊和第二蓄電池模塊，第一蓄電池模塊的電壓與第二蓄電池模塊的電壓相等；第一蓄電池模塊降壓后通過(guò)第一開(kāi)關(guān)模塊為無(wú)線通信模塊、慣性傳感器模塊、人體重心測(cè)量模塊、嵌入式控制器模塊、霍爾電流檢測(cè)模塊供電；本實(shí)用新型兩輪自平衡車控制系統(tǒng)的供電電源采用兩組蓄電池，一組是電機(jī)驅(qū)動(dòng)用電源另一組是芯片供電電源，兩組電源是彼此獨(dú)立的、有效分離的，從而增加了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【IPC分類】G05B19-04
【公開(kāi)號(hào)】CN204536772
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520148582
【發(fā)明人】傅忠云, 傅中元, 朱海霞, 孫金秋
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日