本實(shí)用新型涉及航道控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車。

背景技術(shù)：

智能循跡小車又叫輪式機(jī)器人，在現(xiàn)代生活和工業(yè)現(xiàn)場中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。智能循跡小車能夠針對特定的路徑進(jìn)行識別和判斷，按一定的算法使車體沿路徑行走。

常見的路徑檢測方法主要使用的傳感器有：光電對管、激光對管、線陣CCD、攝像頭、電磁導(dǎo)引等。

利用光電對管、激光對管檢測路徑需要路徑具有非常明顯的對比度（比如黑白色），并且對現(xiàn)場的光線非常敏感。采用線陣CCD和攝像頭進(jìn)行路徑識別具有采集的點(diǎn)數(shù)多，可根據(jù)不同灰度對應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行路徑的識別，具有方法直接、識別精度高，路徑識別范圍大的特點(diǎn)，但是相應(yīng)識別算法的計(jì)算量較大，對主控芯片的要求比較高，對光線也有要求。采用電磁導(dǎo)引的路徑識別方法一般是在地面下沿預(yù)先設(shè)定的行駛路徑埋設(shè)電線，當(dāng)高頻電流流經(jīng)導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線周圍產(chǎn)生電磁場。在小車上安裝電磁傳感器，根據(jù)接受電磁信號的強(qiáng)度差異可以反映車輛偏離路徑的程度。小磁導(dǎo)引的路徑識別方式對光線沒有要求，但是需要對路徑施加高頻電流，造成不可避免的電磁輻射和電能的損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車，包括：一車體、一設(shè)置于所述車體底端的行駛驅(qū)動裝置、一設(shè)置于所述車體底端的路徑識別裝置以及一設(shè)置于所述車體頂端的控制驅(qū)動裝置；所述路徑識別裝置用于與設(shè)置于小車行駛路線上的鐵線配合；所述控制驅(qū)動裝置包括一微控處理器以及分別與該微控處理器相連的電機(jī)驅(qū)動單元以及鐵線路徑檢測單元；所述電機(jī)驅(qū)動單元用于與所述行駛驅(qū)動裝置配合；所述鐵線路徑檢測單元與所述路徑識別裝置相連。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述行駛驅(qū)動裝置包括設(shè)置于該車體下端面前端左側(cè)的第一驅(qū)動輪、設(shè)置于該車體下端面且用于驅(qū)動該第一驅(qū)動輪的第一驅(qū)動電機(jī)、設(shè)置于該車體下端面前端右側(cè)的第二驅(qū)動輪、設(shè)置于該車體下端面且用于驅(qū)動該第二驅(qū)動輪的第二驅(qū)動電機(jī)以及設(shè)置于該車體下端面后端中部的萬向輪。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，還包括設(shè)置于車體下端面用于檢測所述第一驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一編碼器測速模塊以及用于檢測所述第二驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的第二編碼器測速模塊；所述第一編碼器測速模塊至所述第二編碼器測速模塊均與所述微控處理器相連。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述路徑識別裝置包括設(shè)置于所述車體下端面前端中部的連接塊以及設(shè)置于該連接塊下端面的第一PCB線圈至第四PCB線圈；所述第一PCB線圈至所述第四PCB線圈從左至右依次間隔設(shè)置于所述連接塊下端面。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述第一PCB線圈至所述第四PCB線圈為外徑13mm、線徑4mil、線寬4mil、25扎的圓形雙層PCB線圈。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述電機(jī)驅(qū)動單元包括由IR2104半橋驅(qū)動芯片與MOS管組成的全橋驅(qū)動電路。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述鐵線路徑檢測單元包括電感數(shù)字變換器LDC1314芯片。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，還包括設(shè)置于所述車體上端面且分別與所述微控處理器相連的OLED顯示屏以及鍵盤。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，還包括一設(shè)置于所述車體上端面且用于提供電源的電源單元；該電源單元包括一鋰聚合物電池組以及一開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596。

在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述微控處理器包括一STM32F103RBT6芯片。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

(1)本實(shí)用新型提出的基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車對運(yùn)行環(huán)境的光線不敏感，即使是黑夜也可以保證循跡的準(zhǔn)確性。

(2)本實(shí)用新型提出的基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車對路徑的要求不高，使用線徑為0.6mm到0.9mm的普通鐵絲即可作為循跡路徑。鋪在地面的鐵絲無需通電，僅根據(jù)靠近鐵絲的電感線圈的電感量變化即可判定傳感器與鐵絲的相對位置，從而判定小車與路徑之間存在偏差的大小。

(3)本實(shí)用新型提出的基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車具有低功耗、綠色環(huán)保的特點(diǎn)。

(4)本實(shí)用新型提出的電感數(shù)字變換器LDC1314工作電壓為3.3V，LC諧振電流僅為1.7mA，功耗極小。由于循跡路徑上的鐵絲也無需通電，不存在電磁輻射和電能損耗問題。

(5)本實(shí)用新型提出的基于電感數(shù)字變換器通過一片LDC1314電感數(shù)字變換器芯片連接4通道的電感線圈，用以檢測4路的電感量，能夠充分保證路徑檢測的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型中基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車側(cè)視圖。

圖2是本實(shí)用新型中基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車前視圖。

圖3是本實(shí)用新型中基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車后視圖。

圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例中基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖。

圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例中系統(tǒng)整體的軟件架構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例中系統(tǒng)整體的軟件流程圖。

圖7是本實(shí)用新型一實(shí)施例中LDC1314 電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的硬件電路原理圖

圖8是本實(shí)用新型一實(shí)施例中小車車體上4個電感線圈與小車行駛路徑上鐵線配合示意圖。

圖9是本實(shí)用新型一實(shí)施例中自動循跡小車的自動循線的電機(jī)控制算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及現(xiàn)有軟件或控制方法，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。在該說明過程中涉及的現(xiàn)有軟件或控制方法均不是本實(shí)用新型所保護(hù)的客體，本實(shí)用新型僅保護(hù)該裝置的結(jié)構(gòu)及其連接關(guān)系。

本實(shí)用新型提供一種基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車，如圖1所示，包括：一車體1、一設(shè)置于車體底端的行駛驅(qū)動裝置2、一設(shè)置于車體底端的路徑識別裝置3以及一設(shè)置于車體頂端的控制驅(qū)動裝置4。路徑識別裝置用于與設(shè)置于小車行駛路線上的鐵線配合；控制驅(qū)動裝置包括一微控處理器以及分別與該微控處理器相連的電機(jī)驅(qū)動單元以及鐵線路徑檢測單元；電機(jī)驅(qū)動單元用于與行駛驅(qū)動裝置配合；鐵線路徑檢測單元與路徑識別裝置相連。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖2~3所示，行駛驅(qū)動裝置2包括設(shè)置于該車體下端面前端左側(cè)的第一驅(qū)動輪21、設(shè)置于該車體下端面且用于驅(qū)動該第一驅(qū)動輪的第一驅(qū)動電機(jī)22、設(shè)置于該車體下端面前端右側(cè)的第二驅(qū)動輪23、設(shè)置于該車體下端面且用于驅(qū)動該第二驅(qū)動輪的第二驅(qū)動電機(jī)24以及設(shè)置于該車體下端面后端中部的萬向輪25。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，還包括設(shè)置于車體下端面用于檢測第一驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的第一編碼器測速模塊以及用于檢測第二驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的第二編碼器測速模塊；第一編碼器測速模塊至第二編碼器測速模塊均與微控處理器相連。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，路徑識別裝置包括設(shè)置于車體下端面前端中部的連接塊以及設(shè)置于該連接塊下端面的第一PCB線圈至第四PCB線圈；第一PCB線圈至第四PCB線圈從左至右依次間隔設(shè)置于連接塊下端面。第一PCB線圈至第四PCB線圈為外徑13mm、線徑4mil、線寬4mil、25扎的圓形雙層PCB線圈。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，電機(jī)驅(qū)動單元包括由IR2104半橋驅(qū)動芯片與MOS管組成的全橋驅(qū)動電路。該全橋驅(qū)動電路的輸出端分別與驅(qū)動電機(jī)相連，用于驅(qū)動第一驅(qū)動電機(jī)或第二驅(qū)動電機(jī)，具有耐高電壓、大電流、響應(yīng)頻率高、具有過流等功能。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，鐵線路徑檢測單元包括電感數(shù)字變換器LDC1314芯片。該LDC1314具備低功耗，小封裝、低成本、高分辨率、高精度的優(yōu)點(diǎn)。LDC1314模塊具有I2C通信協(xié)議的4通道12位的電感測量分辨率，通過對諧振頻率、RCOUNT值及傳感器驅(qū)動電流的合理、靈活的設(shè)置，可以有效地兼顧測量多路測量的分辨率和采樣率。可靠的四通道電感檢測，有利于循跡小車穩(wěn)定行駛，防止偏離正常行駛軌道。針對循跡路徑鋪設(shè)的鐵絲線徑大小不同，電感線圈的尺寸、參數(shù)、形狀可靈活設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。只需要在地面鋪設(shè)0.6mm到0.9mm的普通鐵絲，無需通電，小車就可以利用電感數(shù)據(jù)變換器識別出傳感器與鐵絲的相對位置和偏差大小，從而準(zhǔn)確控制小車跟蹤鐵絲的路徑，進(jìn)而使得該基于電感數(shù)字變換器的自動循跡小車對運(yùn)行環(huán)境的光線不敏感、對地面路徑的要求不高。

進(jìn)一步的，由于一片LDC1314電感數(shù)字變換器芯片能夠連接4通道的電感線圈，檢測4路的電感量信號，可以有效保證路徑檢測的準(zhǔn)確性。小車采用差速轉(zhuǎn)向控制方式，對路徑拐彎的半徑適應(yīng)能力很強(qiáng)，自動循跡的電機(jī)控制算法簡單，計(jì)算量小，對微控制器的運(yùn)算的性能要求不高。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，還包括設(shè)置于車體上端面且分別與微控處理器相連的高亮度、低功耗、體積小、質(zhì)量輕的0.96寸OLED顯示屏以及鍵盤。該OLED顯示器，不僅提供友好的人機(jī)互動界面，還具有輕薄、省電、高亮度等優(yōu)勢。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，還包括一設(shè)置于車體上端面且用于提供電源的電源單元；該電源單元包括一2600mAh 3S 11.1V 25C 鋰聚合物電池組以及一開關(guān)穩(wěn)壓芯片LM2596。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，微控處理器包括一工作頻率高、運(yùn)行速度快、穩(wěn)定性好、片上外設(shè)豐富、功率損耗小的STM32F103RBT6芯片。

進(jìn)一步的，如圖4所示，路徑檢測模塊，也即LDC1314芯片，采集線圈與地面鐵絲的偏差數(shù)據(jù)以IIC的通信方式傳送給STM32F103RBT6芯片，也即微控制器模塊。四路電感線圈采用規(guī)格相同的雙層PCB線圈，使用 WEBENCH? 電感感測設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)，根據(jù)感測距離、精度和鐵絲線徑等機(jī)械要求確定。4路PCB線圈安裝于車子的前端，間隔1.5cm，STM32F103RBT6芯片采集LDC1314芯片的四路數(shù)據(jù)，行路徑識別及電機(jī)控制算法。通過執(zhí)運(yùn)算結(jié)果以PWM控制的方式傳遞給電機(jī)驅(qū)動單元，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度，以控制小車的直行和轉(zhuǎn)向。電機(jī)測速模塊，也即編碼器測速模塊測量左右兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用于計(jì)算小車的前進(jìn)路程及轉(zhuǎn)向時(shí)的差速控制。顯示模塊與微控制器采用SPI方式通信，用于顯示四路傳感器的數(shù)據(jù)、小車運(yùn)行的時(shí)間、四個線圈電感量的變化值、運(yùn)行的距離及檢測金屬片的個數(shù)等重要參數(shù)，以便于進(jìn)行更直觀的操控，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。鍵盤模塊以普通I/O方式與微控制器模塊連接,鍵盤上設(shè)置啟動、復(fù)位、停止、調(diào)試等功能鍵。

進(jìn)一步的，如圖5所示，STM32的初始化包括：時(shí)鐘初始化、GPIO初始化，IIC初始化和SPI初始化。設(shè)備初始化包括：LDC1314初始化、按鍵初始化、OLED初始化，PWM模塊初始化及外部中斷初始化。通過主函數(shù)循環(huán)調(diào)用按鍵掃描、按鍵處理、路徑檢測算法、電機(jī)控制算法、OLED顯示及聲光報(bào)警等子函數(shù)，使系統(tǒng)正常工作。

進(jìn)一步的，如圖6所示，微控制器STM32進(jìn)行系統(tǒng)初始化和外設(shè)初始化后，進(jìn)入鍵盤掃描，判斷是否進(jìn)入調(diào)試模式。若是，則進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)定，進(jìn)入快速、中速、慢速等前進(jìn)模式；否則系統(tǒng)將采集與LDC1314相連接的4路電感線圈的電感量變化參數(shù)，以便進(jìn)行路徑識別。系統(tǒng)根據(jù)路徑識別的結(jié)果，調(diào)用電機(jī)控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整兩個電機(jī)的PWM值，使小車準(zhǔn)確地跟蹤鐵絲路徑。

進(jìn)一步的，如圖7所示，LDC1314 電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的V_DD端通過零歐電阻接3.3V電壓，同時(shí)并接0.1uf和1uf的濾波電容。 LDC1314通過IIC協(xié)議來與微控制器進(jìn)行通信，SCL與微控制器STM32的PD4相連、SDA與微控制器的PD6相連IN0A和IN0B、IN1A和IN1B、IN2A和IN2B、IN3A和IN3B口分別與4個線圈相連，用于采集電感數(shù)據(jù)。SD腳和ADDR腳接0V低電平，INTB接3.3V高電平，CLKIN接8Mhz時(shí)鐘。

進(jìn)一步的，如圖8所示，小車車體上4個電感線圈的安裝示意圖。32、33、34、35分別為置于車前左2、左1、右1、右2的線圈，分別記為L2、L1、R1、R2。5為線徑為0.6mm至0.9mm的鐵絲。6為緊貼在鐵絲邊的第5版一角錢硬幣。

進(jìn)一步的，如圖9所示，LDC1314采集四通道電感線圈的電感量數(shù)據(jù)，與閾值相比較。若電感量不大于閾值，則說明沒有檢測到鐵線，相應(yīng)的變量L2＝L1＝R1＝R2＝0，小車直行。若電感量大于閾值，則說明檢測到鐵線或者硬幣。若電感量大于硬幣的閾值，則說明檢測到的是硬幣；若沒有大于硬幣的閾值，說明檢測到的是鐵絲，此時(shí)進(jìn)入循線判斷算法。算法具體如下：若L1＝1且R1＝0，則執(zhí)行小左轉(zhuǎn)指令，左右輪的差速較?。蝗鬖1＝0且R1＝1，則執(zhí)行小右轉(zhuǎn)指令，左右輪的差速較?。蝗鬖2＝1且R2＝0，則執(zhí)行大左轉(zhuǎn)指令，左右輪的差速加大；若L2＝0且R2＝1，則執(zhí)行大右轉(zhuǎn)指令，左右輪的差速加大。

以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。