[发明专利]双轮自平衡小车的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于平衡车技术领域，具体涉及一种双轮自平衡小车的控制系统。

背景技术

双轮自平衡小车是双轮机器人研究的基础，具有多变量、非线性、强耦合等特性。双轮自平衡小车因其结构简单、转向灵活等特点，能在狭窄空间中行驶，以及在特殊环境下执行特殊任务，对变化的地形适应性强，引起新一轮研究热潮和广泛的应用开发。双轮自平衡小车作为控制系统的经典模型，是验证控制理论和力学理论的理想实验平台，为科学理论的实验研究起到了硬件平台的作用，有着巨大的研究价值。

但是，现有的双轮自平衡小车的控制系统结构复杂，成本高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种双轮自平衡小车的控制系统。

双轮自平衡小车的控制系统，包括微控制器、电池组、电压转化模块、人机交互模块、霍尔测速传感器、电机驱动电路、直流电机、姿态检测模块，所述电池组通过电压转化模块与微控制器相连、所述人机交互模块与微控制器相连，所述姿态检测模块与微控制器相连，所述微控制器还通过电机驱动电路与直流电机相连，所述微控制器还通过霍尔测速传感器与直流电机相连。

优选地，所述微控制器为STC15W4K32S4单片机。

优选地，所述姿态检测模块为六轴姿态传感器。

优选地，所述六轴姿态传感器为MPU6050。

优选地，所述姿态检测模块包括三轴陀螺仪和三轴加速器。

优选地，所述陀螺仪和加速器并联连接。

优选地，所述电机驱动电路中采用的电动驱动芯片为TB6612。

优选地，所述电压转化模块为LM2940-5.0。

优选地，所述人机交互模块包括显示屏和四个独立的按键。

优选地，所述显示屏为 LCD1602。

电压转换电路采用LM2940-5.0，将电池组的+12V电压转成+5V，用AMS1117-3.3稳压电路将+5V转成+3.3V，人机交互模块使用LCD1602和四个独立按键，实现系统调试时的参数设置和显示。

STC15W4K32S4通过引脚1、3与MPU6050进行I2C通信，采集姿态数据，引脚30~33、34、35连接电机驱动芯片TB6612，控制电机的转向和转速，通过引脚38、39捕获霍尔传感器输入脉冲；通过引脚21、2、22、4可以对霍尔传感器两相A1(A2)、B1(B2)进行外部中断触发和计数器计数。

霍尔传感器是基于霍尔效应的磁场传感器，主要由磁块和磁电检测装置组成。将磁铁粘在非磁性圆盘的边沿，靠近圆盘边沿处放置霍尔传感器，当圆盘转动时，霍尔传感器就输出脉冲，相应的计数变量就加1，在单位时间内测得的脉冲数越多代表速度越快。脉冲采集电路主要由电压比较器LM393、霍尔元件3144和磁感应探头组成，采用非接触检测方式，D6为感应指示灯，当感应到磁场时，输出低电平，信号灯D6亮，3144感应磁场的强度并输出数字信号，再由LM393转化成为脉冲。

本发明的优点：

本发明提供的控制系统，结构简单，可操作性高，能有效实现对小车整体平稳运行。

附图说明

图1 本发明的结构示意图。

具体实施方式

双轮自平衡小车的控制系统，包括微控制器、电池组、电压转化模块、人机交互模块、霍尔测速传感器、电机驱动电路、直流电机、姿态检测模块，所述电池组通过电压转化模块与微控制器相连、所述人机交互模块与微控制器相连，所述姿态检测模块与微控制器相连，所述微控制器还通过电机驱动电路与直流电机相连，所述微控制器还通过霍尔测速传感器与直流电机相连。

所述微控制器为STC15W4K32S4单片机。

所述姿态检测模块为六轴姿态传感器。

所述六轴姿态传感器为MPU6050。

所述姿态检测模块包括三轴陀螺仪和三轴加速器。

所述陀螺仪和加速器并联连接。

所述电机驱动电路中采用的电动驱动芯片为TB6612。

所述电压转化模块为LM2940-5.0。

所述人机交互模块包括显示屏和四个独立的按键。

所述显示屏为 LCD1602。

电压转换电路采用LM2940-5.0，将电池组的+12V电压转成+5V，用AMS1117-3.3稳压电路将+5V转成+3.3V，人机交互模块使用LCD1602和四个独立按键，实现系统调试时的参数设置和显示。