[發明專利]一種教學用微縮智能直立車嵌入式控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201410238338.0
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103970141A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 閆琪;金立立;廉德富;王江;崔金銀
• 申請（專利權）人: 蕪湖藍宙電子科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種教學用微縮智能直立車嵌入式控制系統及其方法。

背景技術

當今社會科學技術迅猛發展，汽車電子的發展讓汽車變得越來越智能化，汽車自動導航技術是機器人導航技術的延伸和應用，目前已受廣泛關注。為改變傳統的汽車“人- 車- 環境”閉環控制方式，提高交通系統效率和安全性，各大企業和高校致力于智能汽車的研究和開發。從過去的汽車自主導航系統到無人駕駛汽車，都承載著人類對滿足現代社會要求的高性能智能汽車的無止境追求。

對于高校而言，其培養的學生在祖國未來現代化建設中將承擔創新的主體，我國汽車技術相對于國外，整體水平比較落后，為快速提升我國科學技術水平，提高高校學生的科技創新能力至關重要，而我國高校汽車科技實驗教學中，作為實驗活動中使用的教具小車，其控制電路是由分列元件組成，小車的整體結構比較粗糙也不夠科學合理，對于廣大學生都熟知的汽車電子科技創新大賽即飛思卡爾杯全國大學生智能車競賽而言，每年的競賽規則變化很小，參賽的學?；旧隙际茄赜蒙夏甑臋C械和軟件思路，有的學校甚至是直接拿來主義，出現了克隆車或復制車，這不僅不利于學生的科技創新能力和動手能力的提高，反而擾亂了公平競賽的規則。

并且目前教學平臺中無平衡控制系統，高校的智能化教學、控制系統教學沒有合適的教學平臺，各大高校的教學結合工程實踐都存在一定的難度?，F有教學平臺智能化程度低，在自動控制領域技術陳舊，無法實現嵌入式控制教學實驗的真正開展。

發明內容

本發明旨在提供一種教學用微縮智能直立車嵌入式控制系統及其方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種教學用微縮智能直立車嵌入式控制系統，包括微縮智能直立車車模，所述微縮智能直立車車模的后輪上安裝兩個電機，所述微縮智能直立車車模上通過亞克力板固定有主板、嵌入式控制器、電機驅動模塊、角度測試模塊和無線傳輸模塊，其中所述角度測試模塊包括陀螺儀和加速度計，所述角度測試模塊與所述微縮智能直立車車模保持平衡；所述微縮智能直立車車模上還設有電源模塊，所述主板通過引腳信號線連接所述嵌入式控制器、所述電機驅動模塊、所述電源模塊、所述陀螺儀、所述加速度計和所述無線傳輸模塊；所述電機驅動模塊通過導線連接兩個所述電機，所述嵌入式控制器接收所述電機驅動模塊、所述陀螺儀和所述加速度計發送的數據，所述嵌入式控制器通過所述無線傳輸模塊與上位機進行通信。

優選地所述電機驅動模塊為雙電機輸出模塊。

優選地所述主板還包括與其通過引腳信號線連接的SD卡存儲模塊和圖像識別模塊。

優選地所述上位機為電腦、手機、平板電腦。

一種教學用微縮智能直立車嵌入式控制方法，包括如下步驟：

S1：每隔預設時間間隔后獲取角度測試模塊采集到的數據；

S2：根據所述角度測試模塊采集到的數據計算加速度值，同時計算陀螺儀積分值；

S3：對所述加速度值進行卡爾曼濾波處理；

S4：分別對所述陀螺儀積分值和所述加速度值進行積分卡爾曼濾波處理后獲得所述微縮智能直立車的角度值和角加速度值；

其中在所述積分卡爾曼濾波處理中對系統過程協方差進行動態調整，所述系統過程協方差為

Q(n) = A Q(n-1) +B(U(k) - U(k-1))，

A和B為系統參數，Q(n-1)為上一狀態的系統過程協方差，U(k)為當前狀態的控制量，如果沒有控制量，U(k)為0；

S5：利用PD算法計算出電機輸出值并輸出給電機；

S6：嵌入式控制器通過無線傳輸模塊將所述微縮智能直立車的角度值和角加速度值以及所述電機輸出值的數據實時發送給上位機，所述上位機監控所述微縮智能直立車的運行狀態。

優選地所述步驟S5中所述電機輸出值為

U1 =Kp *Ager(n) + Kd*Gyo(n)；

其中Kp,Kd為系數 Ager(n)為第n次角度值，Gyo(n)為第n次角加速度值。

優選地所述預設時間間隔為1s。

采用上述技術方案，本發明至少包括如下有益效果：

1.本發明所述的教學用微縮智能直立車嵌入式控制系統，通過嵌入式控制器和角度測試模塊調控調節控制車輛平衡。通過主板整合所有電子元器件，整車結構美觀合理，成本較低，使用壽命較長。同時該教學控制方法也可以作為微縮智能直立車嵌入式控制系統的擴展性前期開發預研工作。