[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

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统及其方法。

背景技术

当今社会科学技术迅猛发展，汽车电子的发展让汽车变得越来越智能化，汽车自动导航技术是机器人导航技术的延伸和应用，目前已受广泛关注。为改变传统的汽车“人- 车- 环境”闭环控制方式，提高交通系统效率和安全性，各大企业和高校致力于智能汽车的研究和开发。从过去的汽车自主导航系统到无人驾驶汽车，都承载着人类对满足现代社会要求的高性能智能汽车的无止境追求。

对于高校而言，其培养的学生在祖国未来现代化建设中将承担创新的主体，我国汽车技术相对于国外，整体水平比较落后，为快速提升我国科学技术水平，提高高校学生的科技创新能力至关重要，而我国高校汽车科技实验教学中，作为实验活动中使用的教具小车，其控制电路是由分列元件组成，小车的整体结构比较粗糙也不够科学合理，对于广大学生都熟知的汽车电子科技创新大赛即飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛而言，每年的竞赛规则变化很小，参赛的学校基本上都是沿用上年的机械和软件思路，有的学校甚至是直接拿来主义，出现了克隆车或复制车，这不仅不利于学生的科技创新能力和动手能力的提高，反而扰乱了公平竞赛的规则。

并且目前教学平台中无平衡控制系统，高校的智能化教学、控制系统教学没有合适的教学平台，各大高校的教学结合工程实践都存在一定的难度。现有教学平台智能化程度低，在自动控制领域技术陈旧，无法实现嵌入式控制教学实验的真正开展。

发明内容

本发明旨在提供一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统及其方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统，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。

优选地所述电机驱动模块为双电机输出模块。

优选地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。

优选地所述上位机为电脑、手机、平板电脑。

一种教学用微缩智能直立车嵌入式控制方法，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。

优选地所述步骤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。

优选地所述预设时间间隔为1s。

采用上述技术方案，本发明至少包括如下有益效果：

1.本发明所述的教学用微缩智能直立车嵌入式控制系统，通过嵌入式控制器和角度测试模块调控调节控制车辆平衡。通过主板整合所有电子元器件，整车结构美观合理，成本较低，使用寿命较长。同时该教学控制方法也可以作为微缩智能直立车嵌入式控制系统的扩展性前期开发预研工作。