一种小型无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统的制作方法

2021-02-03 18:02:24|

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本发明涉及一种小型无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统，其属于无人驾驶车辆底板驱动的免驱动运行的技术领域。

背景技术：

随着小型无人车市场的扩大，无人车开发行业也在出现井喷式发展现有的开发情况，无人车开发者都需要对自己的产品进行独立的底层驱动编写，增加了很多劳动，增加了无人车软件开发时间，提高了开发难度。以履带或轮胎驱动的小型无人车软件运动指令转换为实际硬件运动指令的难题也屡见不鲜。

现在的小型无人车驱动底板，功能单一，只能同时控制定量的驱动轮，不能随着使用或开发者需要而随意添加或去除，使用不方便。并且现在的小型无人车底板，没有内置的对上层运动指令的诸如根据路况环境进行速度大小或制动行为的预处理不够人性化。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种小型无人车多车轮动力底板的便捷快速免驱动方案。

本发明采用的技术方案为：一种小型无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统，该系统包括上位机、车轮检测模块、地形检测模块、车轮速度检测模块、指令传输模块及核心控制模块；

上位机负责控制指令的下发、下层温湿度传感器数据的接收、整机的总体控制以及数据的综合处理；

车轮检测模块负责车轮数目的统计和车轮状态检测，车轮数目的统计采用gpio-a/b通用输入输出接口检测到驱动电路时进行频率信息发送，根据各个接口获取的信息统计，当确认驱动电路数目后间接确认驱动车轮数目；车轮状态检测采用gpio-a/b通用输入输出接口获取车轮驱动频率信息，得到车轮状态，正常则继续运行，异常则发出警报；gpio-a/b通用输入输出接口的到的检测信息上传cortex-m3mcu处理；

地形检测模块：采用温湿度传感器获取地面及环境数据，每个工作周期获取一次温湿度传感器数据，数据上传cortex-m3mcu处理；当湿度高于湿度阈值时进行车速降低操作，湿度高于湿度阈值同时温度低于温度阈值时，对减速指令进行延时并间隔执行操作；

车轮速度检测模块：通过车轮电机编码器获取车轮转速信息，经gpio-a/b通用输入输出接口传至cortex-m3mcu处理；车轮组与车轮编码器受cortex-m3mcu控制，并能上传位姿信息给上位机；

指令传输模块负责驱动系统与上位机间的通讯以及高速指令收发，串口通信组件将驱动系统发送给上位机的数据经过cortex-m3mcu处理后由串口通信组件上传给上位机，上位机的指令由串口通信组件传递给cortex-m3mcu再进行下一步处理；通过寄存器以及高速定时器进行运动信息及频率对底层驱动电路的下发，通过通用定时器对低敏感车轮驱动电路的低优先级运动信息以及频率下发；

核心控制模块包括cortex-m3mcu与512k-flah，负责总体的系统功能实现，对上位机发送的运动指令进行分解，包括系统自检、车轮数量识别匹配、匹配运动模式、根据温湿度传感器进行运动模式修正，对车轮组发布独立运动指令；

所述运动指令信息包括：对无人车进行定速、变速前进后退指令；对无人车进行原地、定曲线转向指令以及对无人车进行制动，减速指令。a.获取无人车驱动轮(动力轮)数目:系统上电，获取无人车驱动轮(动力轮)数目，并存储车轮数目n至寄存器。

b.匹配车轮运行模式：对获取到的驱动车轮数目进行匹配，与系统内置的多车轮驱动方案进行匹配，选择最佳的驱动模式，达到无人车机动性最大化。

c.地形检测：每个工作周期获取一次温湿度传感器数据，当湿度高于某个值时自动进行车速降低操作，当温度同时降低到某一阈值时，对减速指令进行延时并间隔执行操作，起到制动防抱死的作用。如果步骤c没有检测到异常路况，则继续进行c操作，若检测到异常路况，则根据具体环境温湿度值确定具体的车辆运动指令修改值。

d.上层指令转化：对上位机发送的运动指令进行分解，匹配步骤a获得的车轮数目n和步骤c获得的地形检测数据对每个车轮的控制电路发送独立的运动指令，本步骤在c步骤没有发送数据的情况下独立并同步执行，在c步骤发送修正数据时，此步骤根据修正值进行运动数据下发。

所述的获取无人车驱动轮(动力轮)数目包括：当通用输入输出接口检测到驱动电路时进行频率信息发送根据各个接口获取的信息统计，当确认驱动电路数目后间接确认驱动车轮数目，将数量保存至寄存器等待处理。

所述的地形检测包括：每个工作周期获取一次温湿度传感器数据，当湿度高于某个值时自动进行车速降低操作，当温度同时降低到某一阈值时，对减速指令进行延时并间隔执行操作，起到制动防抱死的作用。所述的上层指令转化包括：对获取的运动指令进行关于车轮数量n的匹配，分配频率发送单元，做到每个车轮进行独立控制，互不干扰。将底板的部分数据，通过串口上传，包括：将车轮数量、将环境温湿度值以及每个车轮的转速信息上传给上位机。

所述的上层指令信息包括：

对无人车进行定速、变速前进后退指令，

对无人车进行原地、定曲线转向指令，

对无人车进行制动，减速指令。

本发明的有益效果：获取无人车驱动轮数量、驱动轮状态检测、地形检测、车轮速度检测及上层指令转化等功能，从而实现接发送简单的运行指令即可完成成批的指令下达转换过程，更高效的完成每个驱动轮的独立控制。该系统降低无人车的开发难度，提高软件开发效率，降低硬件运算压力。该驱动底板，功能多样，不仅能控制定量的驱动轮，还能根据开发者需要随意添加或去除，使用方便。并且底板中内置的对上层运动指令的诸如根据路况环境进行速度大小或制动行为，使用方便。

附图说明

图1为一种小型无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统的结构示意图。

图2为一种小型无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的小型无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统。

图1为无人车多车轮动力底板的普适性驱动系统结构示意图,包括上位机、串口通信组件、gpio-a/b通用输入输出接口、车轮组、车轮编码器、cortex-m3mcu、512k-flah、温湿度传感器。

其中上位机负责控制指令的下发，下层传感器数据的上传、整机的总体控制、以及数据的综合处理；

串口通信组件负责驱动系统与上位机间的通讯，以及高速指令收发，其包含的串口通信寄存器也负责一部分指令的储存，中转，同时驱动系统的传感器发送给上位机的所有经过处理的数据会经过cortex-m3mcu处理后由串口通信组件上传给上位机，上位机的指令也是由串口通信组件传递给cortex-m3mcu再进行下一步处理，整个系统包括一组通过usb总线的转接芯片的串口连接上位机的链接，还有两路直连接口以供拓展。

gpio-a/b通用输入输出接口负责进行车轮状态检测，检测车轮特征信息上传cortex-m3mcu处理；

车轮组与车轮编码器构成驱动部分受到cortex-m3mcu控制，并能上传一部分位姿信息给上位机；

cortex-m3mcu与512k-flah构成核心控制部分，负责总体的系统功能实现，包括系统自检，车轮数量识别匹配，匹配运动模式、根据温湿度传感器进行运动模式修正，对车轮组发布独立运动指令。

整个系统脱离上位机发送的指令不可工作。

系统不可脱离串口通信组件中的过usb总线的转接芯片的串口连接上位机的通信线路进行工作。

两路独立串口的链接对于系统为非必要链接，系统可脱离独立串口工作。

gpio-a/b通用输入输出接口必须保证全部正常连接，否则会失去部分系统功能或系统无法运行。

gpio-a/b通用输入输出接口与串口通信组件、车轮组、车轮编码器、温湿度传感器连接。

图2是系统在工作流程方面对图1的详细过程解释，也是系统在软件层的详细工作流程。

系统在上电后自动开始自检，通过gpio-a/b通用输入输出接口，连接车轮组、车轮编码器，获取到车轮信息后进行车轮数量分析交由cortex-m3mcu处理。

系统在获取到车轮数据后，进行数量比对，在进行数量，gpio-a/b通用输入输出接口排线逻辑的比对，获取车轮的位置逻辑关系，得到具体运行模式。

系统在获取运行模式后，会对温湿度传感器数据进行比对。