一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，主要包括：感应模块，主控制模块，直流减速电机，电机驱动模块，通信模块，上位机和供电模块。本实用新型专利技术的一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，可以实现性能高，价格低，使用方便，在软件界面直接控制物体，软件和硬件的完美对接，大大缩短了信号处理时间，提高了控制系统性能的优点。

A self balancing car control system based on myRIO platform

The utility model discloses a self-balancing trolley control system based on myRIO platform, which mainly includes induction module, main control module, DC deceleration motor, motor drive module, communication module, upper computer and power supply module. The utility model relates to a self-balancing trolley control system based on myRIO platform, which has the advantages of high performance, low price, convenient use, direct control of objects in the software interface, perfect docking of software and hardware, greatly shortening the signal processing time and improving the performance of the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统
本技术涉及息平衡小车控制
，具体地，涉及一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统。
技术介绍
两轮平衡车属于自主移动机器人的领域，在八十年代后期对于机器人的研究就形成比较系统的科学体系。SegwayLLC公司研发生产的赛格威被乔布斯誉为跨时代的科技技术。其特点在于解放了人的双手，操作者只需要摆动身体就可以控制车子前进、后退、转弯、停止等动作。目前，两轮平衡车要实现的关键技术有三项：(1)平衡车要实现平衡，要对其运动状态进行分析。两轮平衡车会发生前倾后倾的现象，为抵消小车前倾或后倾产生的力，需要两个轮用同样大小方向相反的力来抵消，以达到平衡的目的；(2)在程序设计中，涉及到LQR控制器，即加权矩阵Q以及R的值的确定，会影响小车的参考速度；(3)PID控制器的参数的调节。参数的变化是直接影响小车是否平衡的重要指标。myRIO是美国国家仪器公司(NI)推出的一款嵌入式硬件装置，可以帮助快速设计复杂的实际工程系统，同时享有经济实惠的价格。myRIO1900平台结构上可以分为三层，分别为嵌入式微处理器、FPGA和I/O资源。myRIO1900能够从传感器读取原始信号并加以处理，变成直接可以使用的信号，大大节省了时间，也简化了其中的繁琐的信号处理环节。另外，myRIO1900具有WiFi功能，为远程实时地监控和控制小车提供了关键的保障。myRIO1900能够将接收到的传感器的信号经过处理传回上位机，设计者就能在上位机上看到小车的运动状态，以及各个传感器的信号(波形图等)。该技术适用于对两轮自平衡小车状态的控制。现有文献《基于myRIO控制器的自平衡车的PID算法实现》，通过myRIO控制器设计了平衡的PID算法控制，并对比了数字PID算法中位置式PID算法和增量式PID算法的可行性，利用位置式PID算法实现小车平衡的控制。现有文献中涉及技术的缺点是，通过myRIO设计的自平衡车控制中，只片面的对PID算法进行了比较和设计，不能根据实际情况找到小车的平衡位置，并不断的调整PID参数。一旦小车变成静止直立状态时，会前倾或后倾并持续运动，不利于自平衡小车系统控制。
技术实现思路
本技术的目的在于，针对上述问题，提出一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，以实现性能高，价格低，使用方便，在软件界面直接控制物体，软件和硬件的完美对接，大大缩短了信号处理时间，提高了控制系统性能的优点。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，主要包括：myRIO平台和车轮，所述myRIO平台绑定在车轮上。进一步地，所述myRIO平台包括myRIO主控制器模块，所述myRIO主控制器模块分别与myRIO加速计模块、陀螺仪模块、直流减速电机、供电模块、WIFI通信模块相连接，所述WIFI通信模块还与上位机相连接，所述供电模块、直流减速电机均与电机驱动模块相连接。进一步地，所述myRIO加速计模块内嵌于myRIO平台。进一步地，所述myRIO加速计模块分为三个轴(X，Y，Z)，由于myRIO在系统中是直立状态，因此X轴和Y轴在小车平衡时，不参与测量角度，当车身倾倒时，Z轴发生变化，产生车身倾斜的角度，由加速度计的VI(Accelerometer.vi)算出Z轴角度变化。进一步地，所述陀螺仪模块获取陀螺仪的姿态信息由陀螺仪VI(Gyroscope.vi)来完成，当车身倾倒时，陀螺仪测出车身角度的变化，并将测出的数据传回到所述的myRIO主控制模块中。进一步地，所述电机驱动模块控制所述直流减速电机的运行，包括直流减速电机的调速、运行、停止、步进或匀速的控制。进一步地，所述供电模块同时给所述的myRIO主控制模块和电机驱动模块供电，且供电模块采用11.1V可充电聚合锂电池组。本技术的有益技术效果：1)采用的myRIO能够实现在软件界面直接控制物体，实现软件和硬件的完美对接，这是一些普通平台无法实现的。同时，它能具有WiFi功能，能远程实时监控和控制平衡车的状态。2)本技术能通过陀螺仪检测到小车倾斜时的车身角度和角速度变化，并采用加速度计对陀螺仪的测量结果进行修正，获得准确的角度信息。3)本技术采用myRIO嵌入式硬件装置，性能高，价格低，使用方便，实现在软件界面直接控制物体，实现软件和硬件的完美对接，大大缩短了信号处理时间。4)本技术采用的myRIO加速计模块在使用时无需编程定义可以直接拖拽使用，使用方便，简化了硬件构成，提高了控制系统性能。本技术结构简单，安装方便，性价比高，而且设备日常安全检查维修方便，不影响安装效果和数据的精确性。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1为本技术所述一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统的myRIO控制平台示意图；图2为本技术所述一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统的小车硬件模块连接正面实物图；图3为本技术所述一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统的小车硬件通过WIFI和电脑连接控制示意图；图4为本技术所述一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统的硬件结构示意图；图5为本技术所述一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统的小车体态示意图；图6为本技术所述一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统的小车倾角变化示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。本技术通过相应的传感器采集小车的运动参数并输入到myRIO主控制模块中去，在myRIO中进行相应的处理，并输出PWM信号和电机转动方向控制信号到直流减速电机，以此实现对小车平衡状态的控制。同时，将自平衡小车控制状态通过WIFI通信发送到上位机。如图2所示，一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，主要包括：myRIO平台和车轮，所述myRIO平台绑定在车轮上。NImyRIO的控制平台如下图1所示。这个平台类似硬件，内嵌了一个加速计模块，所以在硬件连接图上，从整体性出发，画出了加速计模块。如图4所示，所述的基于myRIO平台的自平衡小车控制系统硬件部分包括myRIO主控制器模块、myRIO加速计模块、陀螺仪模块、电机驱动模块、直流减速电机和供电模块，所述myRIO主控制器模块分别与myRIO加速计模块、陀螺仪模块、直流减速电机、供电模块、WIFI通信模块相连接，所述WIFI通信模块还与上位机相连接，所述供电模块、直流减速电机均与电机驱动模块相连接。下面对myRIO加速计模块和陀螺仪模块在本技术中应用进行详细说明：图3所示平台和车轮构成的硬件通过WIFI和电脑连接控制。在电脑上可以在NIlabVIEW软件中直接找到平台默认的加速计模块，所以使用时不需要编程定义，可以直接拖拽。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，其特征在于，主要包括：myRIO平台和车轮，所述myRIO平台绑定在车轮上；所述myRIO平台包括myRIO主控制器模块，所述myRIO主控制器模块分别与myRIO加速计模块、陀螺仪模块、直流减速电机、供电模块、WIFI通信模块相连接，所述WIFI通信模块还与上位机相连接，所述供电模块、直流减速电机均与电机驱动模块相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，其特征在于，主要包括：myRIO平台和车轮，所述myRIO平台绑定在车轮上；所述myRIO平台包括myRIO主控制器模块，所述myRIO主控制器模块分别与myRIO加速计模块、陀螺仪模块、直流减速电机、供电模块、WIFI通信模块相连接，所述WIFI通信模块还与上位机相连接，所述供电模块、直流减速电机均与电机驱动模块相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，其特征在于，所述myRIO加速计模块内嵌于myRIO平台。3.根据权利要求2所述的一种基于myRIO平台的自平衡小车控制系统，其特征在于，所述myRIO加速计模块分为三个轴(X，Y，Z)，由于myRIO在系统中是直立状态，因此X轴和Y轴在小车平衡时...

【专利技术属性】
技术研发人员：濮春英，周大伟，王卓，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：新型
国别省市：河南,41