一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统，其特征在于包括：取电模块，所述取电模块用于向带电金属导轨进行电平采集以及电流取电，该取电模块包括电平采集模块、整流模块和取电传感器，电平采集模块、整流模块分别与取电传感器连接；驱动模块，所述驱动模块用于控制电机；编码器测速模块，该编码器测速模块用于读取脉冲数，以将车的实际速度反馈给MCU主控芯片，从而实现车的速度、方向的闭环控制；MCU主控芯片，所述MCU主控芯片用于控制分别与其连接的取电模块、驱动模块和编码器测速模块。该系统不需要独立的电池和舵机，所需的车体结构也极其简单；其不但功耗低抗干扰能力强，而且准确度高，控制中心运算速度也快。

Energy saving rail car control system based on detecting electrified rail

The invention relates to a detecting electric tram track energy based control system, which comprises the power module, the power module is used for level acquisition and current to the charged metal guide to take power, the electric module includes level acquisition module, rectifier module and electric sensor level acquisition module rectifier module is respectively connected with the electric sensor is connected with the drive module; the drive module is used to control the motor speed encoder; the encoder module, speed measurement module is used to read the pulse number to the actual speed the car back to the MCU main control chip, so as to realize the closed-loop vehicle speed and direction control; MCU control chip, the the MCU main control chip for the control of which are respectively connected with the power module, drive module and encoder module. The system does not need independent batteries and steering gear, and the body structure of the car is also very simple. It not only has low power consumption, strong anti-interference ability, but also has high accuracy and fast operation speed of the control center.

【技术实现步骤摘要】
一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统
本专利技术涉及一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统。
技术介绍
目前市面上的寻迹小车大多采用红外反射光或者由通电导线产生的电磁场来进行导航，这类红外或电磁检测传感器对进道路进行信息采集，引导寻迹小车行驶。但该类技术能耗高而且容易受到其他电磁场或其他光线的干扰，另外车子还需要使用电池单独供电，无法长时间得行驶。在此领域的现有技术背景，设计一辆功耗低、抗干扰能力强、准确度高，并且能以一定速度寻迹行驶的智能车系统为目前本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统。该系统不需要独立的电池和舵机，所需的车体结构也极其简单；其不但功耗低抗干扰能力强，而且准确度高，控制中心运算速度也快。为了达到上述目的，本专利技术一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统，主要包括：取电模块，所述取电模块主要用于向带电金属导轨进行电平采集以及电流取电，该取电模块主要包括电平采集模块、整流模块和取电传感器，所述电平采集模块、整流模块分别与取电传感器连接，该取电传感器与带电金属导轨电连接；驱动模块，所述驱动模块主要用于控制电机以驱动电轨车的左轮和右轮进行速度和方向的控制；编码器测速模块，所述编码器测速模块主要用于读取电轨车的左轮和右轮的脉冲数，以将脉冲数转化为车速进而把电轨车的实际速度反馈给MCU主控芯片，从而MCU主控芯片再通过驱动模块实现车的速度、方向的闭环控制；MCU主控芯片，所述MCU主控芯片主要用于控制分别与其连接的取电模块、驱动模块和编码器测速模块。优选地，所述带电金属导轨为铝箔材料结构。优选地，所述取电传感器为铜片材料结构。在实际的使用过程中，我们需要考虑两点问题。一是车需要正向运行与反向运行，这就造成了在车运行时电源的正负极是不确定的；二是车必须能够从带电金属导轨快速准确地获取直流电源。基于这两点，本专利技术设计了整流模块，这样就能通过这个整流模块让电源正极触点采到正极电源，让负极的电源触点采到负极电源，从而有效地解决了电源正负极不确定性的问题，使小车能够在正反方向都能准确地运行。为了减小电能损耗和摩擦力，与铝箔材料的带电金属导轨接触的材料必须轻软，内阻小；于是选取薄的铜片为取电传感器。优选地，所述取电传感器与带电金属导轨之间串联有一电阻。考虑到取电模块的单片机的耐受性，如果将IO口直接与铝箔带电金属导轨接触，单片机会被损坏，故用一个电阻与铜片结构的取电传感器串联，然后再接到单片机的I/O口上。在读取电平时，先上拉I/O口，读取电平，再下拉I/O口，读取电平，两次读取的电平组成一个两位二进制数。通过这种方法，可以准确地得知电轨车的具体位置，再同过软件算法策略来控制对左轮和右轮输出动力的两个电机的占空比的输出，使电轨车正确地沿着铝箔材料的带电金属导轨的轨迹行驶。本专利技术不需要独立的电池和舵机，所需的车体结构也极其简单；其不但功耗低抗干扰能力强，而且准确度高，控制中心运算速度也快。附图说明图1为本专利技术系统的整体框图；图2为电轨车转弯示意图；图3为整流模块的整流电路结构示意图；图4为取电传感器的取电接触点的设计示意图；图5为matlab拟合曲线图。1为MCU主控芯片，2为编码器测速模块，3为驱动模块，4为取电模块，41为电平采集模块，42为整流模块，43为取电传感器，5为电轨车，51为左轮，52为右轮，6为带电金属导轨。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。参照图1～5，本专利技术实施例一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统，主要包括：取电模块4，所述取电模块4主要用于向带电金属导轨进行电平采集以及电流取电，该取电模块4主要包括电平采集模块41、整流模块42和取电传感器43，所述电平采集模块41、整流模块42分别与取电传感器43连接，该取电传感器43与带电金属导轨6电连接；驱动模块3，所述驱动模块3主要用于控制电机以驱动电轨车5的左轮51和右轮52进行速度和方向的控制；编码器测速模块2，所述编码器测速模块2主要用于读取电轨车5的左轮51和右轮52的脉冲数，以将脉冲数转化为车速进而把电轨车5的实际速度反馈给MCU主控芯片1，从而MCU主控芯片1再通过驱动模块3实现车的速度、方向的闭环控制；MCU主控芯片1，所述MCU主控芯片1主要用于控制分别与其连接的取电模块4、驱动模块3和编码器测速模块2。所述带电金属导轨6为铝箔材料结构，所述取电传感器43为铜片材料结构。参照图2、图3和图4，在实际的使用过程中，我们需要考虑两点问题。一是车需要正向运行与反向运行，这就造成了在车运行时电源的正负极是不确定的；二是车必须能够从带电金属导轨6快速准确地获取直流电源。基于这两点，本专利技术设计了整流模块42，整流模块的整流电路结构示意图如图3所示，这样就能通过这个整流模块42让电源正极触点采到正极电源，让负极的电源触点采到负极电源，从而有效地解决了电源正负极不确定性的问题，使车能够在正反方向都能准确地运行。为了减小电能损耗和摩擦力，与铝箔材料的带电金属导轨6接触的材料必须轻软，内阻小；于是选取薄的铜片为取电传感器。参照图1～5，所述取电传感器43与带电金属导轨6之间串联有一电阻。考虑到取电模块4的单片机的耐受性，如果将IO口直接与铝箔材质的带电金属导轨6接触，单片机会被损坏，故用一个10k的电阻与铜片结构的取电传感器43串联，然后再接到单片机的I/O口上。在读取电平时，先上拉I/O口，读取电平，再下拉I/O口，读取电平，两次读取的电平组成一个两位二进制数。图2为电轨车转弯示意图，参照图2，若出现标记为h这样的黑点则是取电传感器43的薄铜片在正极或者负极，即接触到了铝箔材料的带电金属导轨6；若出现标记为b这样的白点则是取电传感器43的薄铜片在正极或负极之外的位置，即没有接触到铝箔材料的带电金属导轨6。通过这种方法，可以准确地得知电轨车5的具体位置，再同过软件算法策略来控制对左轮51和右轮52输出动力的两个电机的占空比的输出，使电轨车5正确地沿着铝箔材料的带电金属导轨6的轨迹行驶。参照图2，当电轨车5需要右转弯时，左轮51的速度会大于右轮52的速度，这样一来就可以实现差速右转弯了。左转弯亦是如此。与此同时取电传感器43的制作是没加其他元件的，完全是在整流模块42上实现，这样我们又节省了在取电传感器上的能量消耗，进一步地体现了节能高效的特点。为了能够实现有效节能，本专利技术舍弃了传统的舵机控制转向的方法，转而使用两轮差速转向的策略，并且通过编码器测速模块2读取的脉冲数转化为车的速度，进而将车的实际速度反馈给MCU主控芯片1，从而实现反馈闭环控制。公式(1)为pid的公式，首先先记录在正负极的取电模块4的情况，然后算出与中心位置的偏差error。如图2所示，这里我们采用增量式pid，即记录这一次的偏差error，上一次的偏差p_error，上上次的偏差p_p_error，则电机可以得到一个占空比增量的表达式：increas_duty＝P*(error-p_error)+I*error+D*(p_p_error-2*p_error+error)。增量式PID的三个参数P、I、D可多次测量得到。最后电机占空比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统，其特征在于，主要包括：取电模块，所述取电模块主要用于向带电金属导轨进行电平采集以及电流取电，该取电模块主要包括电平采集模块、整流模块和取电传感器，所述电平采集模块、整流模块分别与取电传感器连接，该取电传感器与带电金属导轨电连接；驱动模块，所述驱动模块主要用于控制电机以驱动电轨车的左轮和右轮进行速度和方向的控制；编码器测速模块，所述编码器测速模块主要用于读取电轨车的左轮和右轮的脉冲数，以将脉冲数转化为车速进而把电轨车的实际速度反馈给MCU主控芯片，从而MCU主控芯片再通过驱动模块实现车的速度、方向的闭环控制；MCU主控芯片，所述MCU主控芯片主要用于控制分别与其连接的取电模块、驱动模块和编码器测速模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于检测通电轨道的节能电轨车控制系统，其特征在于，主要包括：取电模块，所述取电模块主要用于向带电金属导轨进行电平采集以及电流取电，该取电模块主要包括电平采集模块、整流模块和取电传感器，所述电平采集模块、整流模块分别与取电传感器连接，该取电传感器与带电金属导轨电连接；驱动模块，所述驱动模块主要用于控制电机以驱动电轨车的左轮和右轮进行速度和方向的控制；编码器测速模块，所述编码器测速模块主要用于读取电轨车的左轮和右轮的脉冲数，以将脉冲数转化为车速进而把电轨车的实际速度反馈给MCU主控芯片，从...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绪红，刘克江，陈超，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：发明
国别省市：广东,44