專利名稱：環(huán)衛(wèi)智能小車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能小車，尤其涉及一種環(huán)衛(wèi)智能小車。
背景技術：
隨著時代的發(fā)展，經(jīng)濟的騰飛，我國綜合國力不斷增強，人民的生活水平也在不斷提高。汽車，作為人類工業(yè)革命的產(chǎn)物，正在日趨成為我們生活中不可或缺的代步工具。在汽車數(shù)量在與日俱增的今天，車輛的種類也有了很大的豐富，救護車，運輸車，鋪路車，搭橋車，推土車，挖掘車，清障車等等?，F(xiàn)代社會中這些功能各異的車輛在不同領域發(fā)揮著極為重要的作用，大大加快了人類的現(xiàn)代化進程。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型提供一種環(huán)衛(wèi)智能小車。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種環(huán)衛(wèi)智能小車，包括車體，該車體上裝設有電控部分，該電控部分包括核心控制器、圖像采樣模塊、超聲波測距儀、電機驅動模塊、舵機管理模塊、輔助調試模塊和電源管理模塊；該車體還包括后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊，核心控制器經(jīng)電機驅動模塊分別與后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊電連接，圖像采樣模塊、超聲波測距儀、電機驅動模塊、舵機管理模塊、輔助調試模塊和電源管理模塊分別與核心控制器電連接。作為優(yōu)選，圖像采樣模塊包括AD模塊，外圍視頻分離芯片電路以及攝像頭。作為優(yōu)選，核心控制器為MC9S12XS128單片機。作為優(yōu)選，舵機管理模塊包括舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路。作為優(yōu)選，超聲波測距模塊為SRF05超聲波傳感器。作為優(yōu)選，后輪驅動模塊采用兩片BTS7960構成全橋電路來驅動電機。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于可實現(xiàn)指定區(qū)域定時巡邏，清潔地面垃圾，使地面隨時保持清潔。而且該智能小車的應用還可將大量的勞動力從重復性工作中解放出來，實現(xiàn)高效持續(xù)性發(fā)展；遵循簡潔的原則，切合了節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色要求，同時采取某些藝術元素來提高車輛的美觀性，體現(xiàn)其新時代的氣息。

圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的攝像頭拍攝的圖像示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。作為本實用新型的一種實施方式，參閱圖1，本實用新型包括車體，所述車體上裝設有電控部分，電控部分包括[0015]核心控制器，用于接收圖像數(shù)據(jù)、超聲波傳感器測距信息，小車當前加速度等狀態(tài)反饋信息，并對這些信息進行綜合的處理，輸出適當?shù)目刂屏縼韺Χ鏅C與驅動電機進行控制；圖像采樣模塊，用于獲取場景的圖像數(shù)據(jù)；超聲波測距儀，用于測量與障礙物之間的距離；電機驅動模塊，分別用于實現(xiàn)小車的電機驅動和轉向控制；舵機管理模塊，用于小車換向控制；輔助調試模塊，用于小車控制系統(tǒng)的程序燒寫，功能調試和測試以及小車狀態(tài)監(jiān)控，系統(tǒng)參數(shù)和運行策略設置；以及電源管理模塊，負責為上述各模塊供電；還包括后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊，所述核心控制器經(jīng)電機驅動模塊分別與后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊電連接，所述圖像采樣模塊、超聲波測距儀、電機驅動模塊、舵機管理模塊、輔助調試模塊和電源管理模塊分別與核心控制器電連接。圖像采樣模塊包括AD模塊(S12XS128)，外圍視頻分離芯片(LM1881)電路以及攝像頭，所述攝像頭獲取場景的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)外圍視頻分離芯片和AD模塊做進一步分析處理。核心控制器為MC9S12XS128單片機。舵機管理模塊包括舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路，通過舵盤內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸出轉角正比于給定的控制信號。超聲波測距模塊為SRF05超聲波傳感器。后輪驅動模塊采用兩片BTS7960構成全橋電路來驅動電機，使其完成正反轉。環(huán)衛(wèi)智能小車的控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、信息處理、控制策略等相關豐吳塊；系統(tǒng)初始化針對各個模塊的所需完成相應寄存器的配置；數(shù)據(jù)采集包括攝像頭圖像信號采集、超聲波測距；信息處理主要完成對上述數(shù)據(jù)的相關分析處理，識別出各種不同的標識，判斷出車所處的當前狀態(tài)等；控制部分針對信息處理的結果給出相應的控制指令。電源管理模塊電源模塊為系統(tǒng)其他各個模塊提供所需要的電源。設計中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉換效率、降低噪聲和電路簡單等方面進行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€硬件電路穩(wěn)定可靠運行的基礎。全部硬件電路的電源由配發(fā)的標準車模用7. 2V、2000mAh Ni_cd蓄電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應該包含多個穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉換成各個模塊所需要的電壓。主要包括以下不同的電壓。7. 2V電壓這部分直接取自蓄電池兩端電壓，主要為舵機、后輪電機驅動模塊和部分接口電路提供電源。5V電壓主要為單片機系統(tǒng)、信號調理電路以及部分接口電路提供電源，電壓要求穩(wěn)定、噪聲小，電流容量大于500mA。12V電壓為攝像頭提供12V的工作電源。6V電壓為工作電壓為6V的舵機供電。3. 3V電壓為機械臂電機驅動模塊供電。降壓穩(wěn)壓電路設計LM2940-5為串聯(lián)穩(wěn)壓芯片，工作電壓差可以小于O. 5V穩(wěn)壓芯片，輸出電流大于IA0開關穩(wěn)壓芯片的工作效率高，但有較高的電源噪聲，耗電量比較大的電路適于采用開關穩(wěn)壓電路，這里我們使用了 LM2940作為降壓穩(wěn)壓芯片，其性能很不錯，其典型接線圖如下圖2;除此之外，機械臂電機驅動模塊需要3.3V電源供電，這里我們選用LM1117，接線圖如下圖3所示；·[0042]升壓穩(wěn)壓電路設計攝像頭12伏升壓采用的WRB_S_2W系列產(chǎn)品是專門針對線路板上分布式電源系統(tǒng)中需要產(chǎn)生一組與輸入電源隔離的單電源的應用場合而設計的，適用于I)輸入電源的電壓變化范圍〈=2:12)輸入輸出之間要求隔尚<=1. 5KVDC3)輸出電壓穩(wěn)定度和輸出紋波噪聲要求較高。而此處恰好對應，故選用電源。其特性主要如下寬輸入電壓范圍2:1寬工作溫度范圍-40°C +85°C短路保護(自恢復)MTBF > I, 000，000 小時使用此電源需注意一下事項①CS端該端子提供一個連接DC/DC轉換器輸出端內(nèi)部主濾波電容的連接點(接電容正極)，通過在該端子與第7腳端子(接電容的負極)之間接一個低ESR的電容可以進一步改善輸出紋波和噪聲值；(一般CS〈=100 μ F)②輸出負載要求為了確保電路高效可靠地工作，該類型的DC/DC轉換器，除了規(guī)定最大負載(即滿負載)，同時也規(guī)定了一個最小負載。在使用時，要確保在整個輸入電壓范圍內(nèi)，其輸出最小負載不能小于滿負載的10%。若實際的電路中負載確實長期較輕，在輸出端并聯(lián)一個適當阻值的電阻以增加負載。圖像采樣模塊( I)攝像頭工作原理攝像頭的工作原理是按一定的分辨率，以隔行掃描的方式采集圖像上的點，當掃描到某點時，就通過圖像傳感芯片將該點處圖像的灰度轉換成與灰度一一對應的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。具體而言(參見圖5)，攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，則輸出就是一段連續(xù)的電壓信號，該電壓信號的低起伏反映了該行圖像的灰度變化。當掃描完一行，視頻信號端就輸出一個低于最低視頻信號電壓的電平(如O. 3V),并保持一段時間。這樣相當于，緊接著每行圖像信號之后會有一個電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標志。然后，跳過一行后(因為攝像頭是隔行掃描的)，開始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場的視頻信號，接著又會出現(xiàn)一段場消隱區(qū)。該區(qū)中有若干個復合消隱脈沖，其中有個遠寬于(即持續(xù)時間長于)其它的消隱脈沖，稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標志。場同步脈沖標志著新的一場的到來，不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結尾和下一場的開始部分，等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來。攝像頭每秒掃描25幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描50場圖像。奇場時只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時則只掃描偶數(shù)行。攝像頭有兩個重要的指標有效像素和分辨率。分辨率實際上就是每場行同步脈沖數(shù)，這是因為行同步脈沖數(shù)越多，則對每場圖像掃描的行數(shù)也越多。事實上，分辨率反映的是攝像頭的縱向分辨能力。有效像素常寫成兩數(shù)相乘的形式，如“320X240”，其中前一個數(shù)值表示單行視頻信號的精細程度，即行分辨能力；后一個數(shù)值為分辨率，因而有效像素=行分辨能力X分辨率。 (2)視頻信號分離要對有效地對視頻信號進行采樣，首先要處理好的問題是如何提取出攝像頭信號中的行同步脈沖，消隱脈沖和場同步脈沖。這里有兩種可行的方法。第一，直接通過單片機AD進行提取。因為行同步脈沖、消隱脈沖或場同步脈沖信號的電平低于這些脈沖以外攝像頭信號的電平，所以據(jù)此可設定一個信號電平閥值判斷AD采樣到的信號是否為上述三類脈沖。第二，就是給單片機配以合適的外圍芯片，此芯片要能夠提取出攝像頭信號的行同步脈沖、消隱脈沖和場同步脈沖以供單片機作控制之用?？紤]到單片機的速度有限，而一些脈沖的間隔時間又較短，為了減輕其處理負擔，采用了第二種方法進行信號的時序信息，如行同步脈沖、場同步脈沖和奇、偶場信號信息等，并將它們轉換成TTL電平直接輸出給單片的I/O 口作控制信號之用。圖像采樣模塊由S12XS128的AD模塊，外圍視頻分離芯片(LM1881)，以及攝像頭組成。其功能是獲取場景的圖像數(shù)據(jù)，以供S12XS128作進一步分析處理。舵機管理模塊舵機本身是一個位置隨動系統(tǒng)。它是由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路組成的。通過內(nèi)部的位置反饋，使它的舵盤輸出轉角正比于給定的控制信號，因此對于它的控制可以使用開環(huán)控制方式。舵機的控制是通過周期固定的脈沖信號控制的，舵機的轉位正比于脈沖的寬度，這個連續(xù)的脈沖信號可以由PWM實現(xiàn)。舵機內(nèi)部會產(chǎn)生一個頻率為50Hz的基準信號，通過基準信號與外部所給PWM波的正脈沖持續(xù)時間進行比較，從而確定轉向和轉角的大小。當所加PWM波的頻率為50Hz時，脈寬與轉角之間滿足下圖8所示的線性關系。超聲波測距模塊選用的是SRF05超聲波傳感器，SRF05是SRF04的增強版，在SRF04的基礎上增加了靈活性和幅度，并且進一步降低了成本，掃描范圍增加到3米至4米。SRF存在著一種新的操作模式(使模式引腳接地)允許SRF05使用單一引腳同時觸發(fā)和回聲，從而節(jié)省寶貴的控制器引腳。當MODE引腳懸空，SRF05觸發(fā)和回聲引腳分別獨立工作。但是此時SRF05會有一個前向回波脈沖控制器的延遲。測距原理為首先需要提供一個IOus的輸入短脈沖來觸發(fā)啟動。SRF05將循環(huán)8次發(fā)送一個頻率在40kHz的超聲回波線。與此同時SRF05開始監(jiān)聽回聲，并提高檢測速度，因為它檢測到的回聲線會降低。而通過回聲線將得到與其脈沖寬度成正比的物體的距離。由脈寬的時間，是可以計算出精確度為厘米的范圍與尺寸。其中5V和OV分別提供電源和地，短脈沖由PWMO來觸發(fā)啟動，回聲信號通過中斷來監(jiān)聽。電機驅動模塊環(huán)衛(wèi)型智能小車的電機驅動模塊分為兩部分，一部分是提供后輪驅動，是小車前進或后退；另一部分是提供機械臂的電機驅動，使機械臂可以順利拾取物體。后輪驅動采用兩片BTS7960構成全橋電路來驅動電機，使其完成正反轉。其原理圖如9所示；由于機械臂上面有兩個電機，一個控制前端機械爪，一個控制后端機械臂，且其只對正反轉有要求，故選用L298作為驅動芯片，可同時驅動兩個電機。 參看圖2，其示出了根據(jù)本實用新型的智能小車在操作中，其攝像頭的工作視圖。盡管已經(jīng)結合當前認作是一個最為實用和優(yōu)選的實施例來描述了本實用新型，但應當理解，本實用新型不限于所公開的實施例，而相反是旨在涵蓋包括在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的多種修改和同等布置。
權利要求1.一種環(huán)衛(wèi)智能小車，包括車體，所述車體上裝設有電控部分，其特征在于所述電控部分包括核心控制器、圖像采樣模塊、超聲波測距儀、電機驅動模塊、舵機管理模塊、輔助調試模塊和電源管理模塊；所述車體還包括后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊，所述核心控制器經(jīng)電機驅動模塊分別與后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊電連接，所述圖像采樣模塊、超聲波測距儀、電機驅動模塊、舵機管理模塊、輔助調試模塊和電源管理模塊分別與核心控制器電連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的環(huán)衛(wèi)智能小車，其特征在于所述圖像采樣模塊包括AD模塊，外圍視頻分離芯片電路以及攝像頭。
3.根據(jù)權利要求I所述的環(huán)衛(wèi)智能小車，其特征在于所述核心控制器為MC9S12XS128單片機。
4.根據(jù)權利要求I所述的環(huán)衛(wèi)智能小車，其特征在于所述舵機管理模塊包括舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路。
5.根據(jù)權利要求I所述的環(huán)衛(wèi)智能小車，其特征在于所述超聲波測距模塊為SRF05超聲波傳感器。
6.根據(jù)權利要求I所述的環(huán)衛(wèi)智能小車，其特征在于所述后輪驅動模塊采用兩片BTS7960構成全橋電路來驅動電機。
專利摘要本實用新型公開了一種環(huán)衛(wèi)智能小車，包括車體，所述車體上裝設有電控部分，電控部分包括核心控制器、圖像采樣模塊、超聲波測距儀、電機驅動模塊、舵機管理模塊、輔助調試模塊和電源管理模塊；車體還包括后輪驅動模塊和機械臂驅動模塊。本實用新型可實現(xiàn)指定區(qū)域定時巡邏，清潔地面垃圾，使地面隨時保持清潔。而且該智能小車的應用還可將大量的勞動力從重復性工作中解放出來，實現(xiàn)高效持續(xù)性發(fā)展；遵循簡潔的原則，切合了節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色要求，同時采取某些藝術元素來提高車輛的美觀性，體現(xiàn)其新時代的氣息。
文檔編號E01H1/00GK202661877SQ20122024455
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者李寅雪, 吳丹, 王美靖, 陳啟迅, 張駿, 薛靜, 鄧正宏, 智永峰 申請人:李寅雪