[发明专利]一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统及其方法

权利要求书

1.一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统，其特征在于，包括微缩智能直立车车模，所述微缩智能直立车车模的后轮上安装两个电机，所述微缩智能直立车车模上通过亚克力板固定有主板、嵌入式控制器、电机驱动模块、角度测试模块和无线传输模块，其中所述角度测试模块包括陀螺仪和加速度计，所述角度测试模块与所述微缩智能直立车车模保持平衡；所述微缩智能直立车车模上还设有电源模块，所述主板通过引脚信号线连接所述嵌入式控制器、所述电机驱动模块、所述电源模块、所述陀螺仪、所述加速度计和所述无线传输模块；所述电机驱动模块通过导线连接两个所述电机，所述嵌入式控制器接收所述电机驱动模块、所述陀螺仪和所述加速度计发送的数据，所述嵌入式控制器通过所述无线传输模块与上位机进行通信。

2.如权利要求1所述的教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统，其特征在于：所述电机驱动模块为双电机输出模块。

3.如权利要求2所述的教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统，其特征在于：所述主板还包括与其通过引脚信号线连接的SD卡存储模块和图像识别模块。

4.如权利要求2所述的教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统，其特征在于：所述上位机为电脑、手机、平板电脑。

5.一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：每隔预设时间间隔后获取角度测试模块采集到的数据；

S2：根据所述角度测试模块采集到的数据计算加速度值，同时计算陀螺仪积分值；

S3：对所述加速度值进行卡尔曼滤波处理；

S4：分别对所述陀螺仪积分值和所述加速度值进行积分卡尔曼滤波处理后获得所述微缩智能直立车的角度值和角加速度值；

其中在所述积分卡尔曼滤波处理中对系统过程协方差进行动态调整，所述系统过程协方差为

Q(n) = A Q(n-1) +B(U(k) - U(k-1))，

A和B为系统参数，Q(n-1)为上一状态的系统过程协方差，U(k)为当前状态的控制量，如果没有控制量，U(k)为0；

S5：利用PD算法计算出电机输出值并输出给电机；

S6：嵌入式控制器通过无线传输模块将所述微缩智能直立车的角度值和角加速度值以及所述电机输出值的数据实时发送给上位机，所述上位机监控所述微缩智能直立车的运行状态。

6. 如权利要求5所述的教学用微缩智能直立车嵌入式控制方法，其特征在于：所述步骤S5中所述电机输出值为

U1 =Kp *Ager(n) + Kd*Gyo(n)；

其中Kp,Kd为系数 Ager(n)为第n次角度值，Gyo(n)为第n次角加速度值。

7.如权利要求5或6所述的教学用微缩智能直立车嵌入式控制方法，其特征在于：所述预设时间间隔为1s。