智能跟蹤托運車的制作方法
【專利摘要】本發明主要實現一種智能跟蹤并可以承受一定重量的托運車。所述的托運車關鍵涉及兩個系統：基于單片機控制的托運車復合式電源管理系統和基于單片機控制的托運車短距離無線雙向導航系統。所述的智能跟蹤托運車復合式電源管理系統采用蓄電池供電，通過太陽能電池板或市電對蓄電池進行充電。所述的智能跟蹤托運車短距離無線雙向導航系統采用無線電感應系統實現人車定位，超聲波感應系統確定人車之間的距離，二者互相配合實現托運車與控制員的同步行駛；傾角檢測系統實時監測托運車行駛過程中的路面狀況，與直流減速電機驅動系統相配合實現爬坡自動加速和下坡自動剎車功能。該智能跟蹤托運車利用太陽能和市電的混合電源供能，采用無線電、超聲波技術實現托運車的智能控制，該托運車具有節能、環保、智能等優點，是短途小重量搬運的理想工具。
【專利說明】智能跟蹤托運車
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種運輸工具，特別是一種托運車。
【背景技術】
[0002]目前國內機場、酒店、高爾夫球場等地的托運車多為電動車改裝，具有耗電量大、生產成本高等缺點，并且需要人為控制，存在管理不便等問題。近年來隨著新型能源的開發利用，太陽能供電技術趨于成熟。本發明使用太陽能與蓄電池復合電源進行供電，并且利用無線電與超聲波感應系統自動進行定位，具有節能減排和智能化控制的優點，填補了我國目前智能托運車領域的一個空白。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有托運車技術中的不足，提供一種智能跟蹤控制員的托運車，尤其是可充分利用太陽能供電的智能托運車。
[0004]本發明采用如下技術方案予以實現。
[0005]本發明的智能跟蹤托運車關鍵涉及兩個系統:基于單片機控制的托運車復合式電源管理系統和基于單片機控制的托運車短距離無線雙向導航系統。托運車復合式電源管理系統采用蓄電池供電，通過太陽能電池板或市電對蓄電池進行充電。托運車短距離無線雙向導航系統采用無線電感應系統實現人車定位，超聲波感應系統確定人車之間的距離，二者互相配合實現托運車與控制員的同步行駛；傾角檢測系統實時監測托運車行駛過程中的路面狀況，與直流減速電機驅動系統相配合實現爬坡自動加速和下坡自動剎車功能。
[0006]所述的短距離無線雙向導航系統包括無線定位系統、超聲波測距系統和傾角檢測系統三個組成部分。所述的無線定位系統包括一個收發分離型無線電發射接收裝置和一個磁場感應芯片，用以判斷托運車與控制員的相對位置，實現定位的功能。具體為在智能跟蹤托運車的車體前端中間位置處設置一個無線電接收裝置，控制員攜帶一個可移動的發射器。發射器內的磁場感應芯片可實時探測出控制員相對地球磁場的角度。
[0007]所述的超聲波測距系統包括兩個收發分離型超聲波發射接收裝置，在托運車車體前端設置兩個超聲波接收裝置，控制員攜帶一個可移動的發射器，利用時間差測距法確定控制員與托運車的相對距離。這兩個超聲波接收裝置分別位于車體前端兩側，兩兩之間的夾角在60度范圍之內，這樣可有效增大系統的感應范圍。
[0008]所述的傾角檢測模塊包括一個傾角檢測裝置，檢測托運車相對于重力線的傾角，以確定行駛地面的情況。具體為在托運車底部兩端設置兩個壓力傳感器，二者通過一個裝有液體的管道連接。在正常情況下，兩個壓力傳感器均處于不受力的狀態，直流減速電機驅動系統為本發明的行駛提供動力。在特殊情況下，根據判斷壓力傳感器不同的受力情況檢測托運車行駛地面的傾斜情況，如果檢測出地面處于下坡路，直流減速電機斷電做減速運動，如果檢測出地面處于上坡路，由PWM波調節驅動系統做加速運動。
[0009]本發明與現有技術相比，它的優點是:[0010]1.使用太陽能與蓄電池復合電源進行供電，最大限度的利用太陽能，節能環保；
[0011]2.采用智能化控制系統，減少人力資源的浪費；
[0012]3.采用無線電定位跟蹤，無線電的頻域很寬，可避免不同信號相互之間的影響；
[0013]4.采用磁場感應芯片，可準確對控制員與托運車的位置進行定位，并可實現對障礙物的有效躲避，保證工作的安全高效；
[0014]5.利用傾角檢測模塊與直流減速電機驅動系統可自動調節上下坡時的電機動力，降低能源消耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]附圖1:本發明的系統簡易結構圖；
[0016]附圖2:本發明的整體硬件結構框圖；
[0017]附圖3:本發明的電源管理模塊示意圖；
[0018]附圖4:本發明的大電容充電電路圖；
[0019]附圖5:本發明的人車通信示意圖；
[0020]附圖6:本發明的無線信號發射電路圖；
[0021]附圖7:本發明的無線信號接收電路圖；
[0022]附圖8:本發明的超聲波測距發射電路圖；
[0023]附圖9:本發明的超聲波測距接收電路圖；
[0024]附圖10:本發明的直流減速電機驅動電路圖。
【具體實施方式】
[0025]結合附圖與實施例對本發明作進一步的描述。
[0026]1、復合式電源管理系統的實施
[0027]附圖3所示中，一種復合式電源管理系統，包括太陽能電池板、220V、50Hz的市電、蓄電池、整流穩壓濾波電路和大電容充電電路。其中大電容的電容量為3300 μ F以上，蓄電池為鋰電池組。
[0028]在光照輻射通量足夠的情況下，為防止邊充電邊放電減少電池壽命的現象發生，采用大電容充電方式。即當托運車運行時，鋰電池組有電流輸出，此時太陽能板為大電容充電；當托運車停止運行時，鋰電池組沒有電流輸出，此時使用大電容為鋰電池組充電。在光照輻射通量不足的情況下，系統采用220V、50Hz的市電經過整流濾波穩壓電路實現對鋰電池的充電管理。
[0029]本實施例中采用6節鋰電池串聯升壓為直流減速電機供電。為防止鋰電池組中某個電池進入深度放電狀態，導致電池組出現故障，可在充電過程中使用一個電池組監視器監視每個電池的電壓，以確定每個電池的充電狀態。
[0030]2、短距離無線雙向導航系統的實施
[0031]本發明的短距離無線雙向導航系統，包括無線定位系統、超聲波測距系統和傾角檢測系統。
[0032]所述無線定位系統通過無線波的發射與接收實現托運車與控制員之間的定位。托運車前端中間位置設置一個無線電接收裝置，控制員攜帶有一個發射器。所述的發射器可同時發射無線電信號與超聲波信號，并具有一個磁場感應芯片。該磁場感應芯片可實時探測出控制員相對地球磁場的角度，并將此信號以無線電信號的形式發送至托運車，托運車快速接收到該信號并調整行駛方向使其與控制員保持一致，實現定位功能。
[0033]附圖6為無線定位模塊中的無線信號發射電路。該電路采用基極接地的電容三點式振蕩器作為無線電信號發射器；該電路工作穩定，可以得到較高的振蕩頻率。L2與L3為高頻扼流線圈，可用Φ0.1漆包線在阻值為1ΜΩ以上的電阻上繞50匝，然后將兩線頭焊在電阻兩引腳上。附圖7為無線定位模塊中的無線信號接收電路，用于接收無線信號，校對托運車前進方向。
[0034]超聲波測距系統可利用超聲波感應裝置實現托運車與控制員之間的距離測量。附圖5為人車通信示意圖。托運車采用收發分離的超聲波發射接收裝置，即控制員攜帶有一個可同時發射無線波信號與超聲波信號的發射器，同時在托運車前端的左右兩邊各設置一個超聲波接收器用以接收發射器發射的超聲波信號。當控制員所持有的發射器發送信號時，無線定位系統完成對托運車與控制員的定位，再通過超聲波信號完成二者距離的測量。設置人車距離為1.5-2.0米為正常距離范圍，當測得的距離超出此正常距離范圍，則觸動故障報警系統，蜂鳴器發聲報警。
[0035]本實施例中，超聲波測距系統采用時間差測距法。具體為超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物立即返回，超聲波接收器收到反射波后立即停止計時。由于超聲波在空氣中的傳播速度為340(m/s)，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離s = 340t/2。由于無線電信號的速度是光速，超聲波的速度是聲速，則t << t1; t << t2。其中t為無線電信號時間，h、t2為分別為超聲波接收1、2接收到信號的時間，所以無線電信號的發收時間差可忽略不計。托運車在接收到無線電信號時啟動單片機計時器并開始計時，當托運車接收到超聲波信號時計時結束。將測得的時間A、t2送至單片機控制系統進行計算分析，根據公式S1 = 1^*340, s2 = t2*340計算托運車與控制員之間的距離。當S1和S2的大小相等時,托運車與控制員同步行駛。
[0036]附圖8為超聲波發射電路原理圖。發射電路由反向器74LS04和超聲波換能器LSl構成，單片機Pl.0端口輸出的40kHz方波信號經一級反向器UlD后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器U1A、UlC后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端可以提高超聲波的發射速度。輸出端采用兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。兩個上拉電阻一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力；另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，以縮短其自由振蕩的時間。
[0037]附圖9為超聲波接收電路原理圖。本實施例中采用集成電路CX20106A作為紅外線檢波接收芯片。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，且具有較高的靈敏度和較強的抗干擾能力，故可利用集成電路CX20106A作為超聲波檢測接收電路。通過調節電容C4的大小可改變接收電路的抗干擾能力。
[0038]本發明的智能跟蹤托運車帶有傾角檢測系統，以實時檢測托運車行駛路面情況。托運車底部兩端設置有兩個壓力傳感器，二者通過一個裝有液體的管道連接。當托運車處于上坡狀態時，位于車 前端的壓力傳感器感受到壓力，并將信號傳遞給單片機控制系統，控制系統分析后給出判斷命令，控制直流減速電機通電，通過PWM波調節做加速運動。當托運車處于下坡狀態時，位于車后端的壓力傳感器感受到壓力，并將信號傳遞給單片機控制系統，控制系統分析后給出判斷命令，控制直流減速電機斷電，使托運車做減速運動。
[0039]附圖10為直流減速電機驅動電路圖。本實施例中直流減速電機由L298驅動，IN1、IN2引腳接高電平，IN3、IN4引腳接低電平，并分別與單片機接口相連，控制電機A、B的工作狀態;A、B使能端用于PWM調速控制，通過調節占空比實現電機A、B工作速度的調整。
【權利要求】
1.一種智能跟蹤托運車，關鍵涉及兩個系統:基于單片機控制的托運車復合式電源管理系統和基于單片機控制的托運車短距離無線雙向導航系統。
2.如權利要求1所述的復合式電源管理系統，在光照輻射通量足夠的條件下利用太陽能電池板為蓄電池充電，在光照輻射通量不足的情況下采用220V市電為蓄電池充電。
3.如權利要求1所述的短距離無線雙向導航系統，其特征在于短距離無線雙向導航系統包含無線電定位系統、超聲波測距系統、傾角檢測系統。
4.如權利要求1所述的短距離無線雙向導航系統，包含有一個獨立可移動的發射器，其特征在于可同時發射無線電信號與超聲波信號，并內含一個磁場感應芯片。
5.如權利要求3所述的無線定位系統，其特征在于托運車內部設置有一個磁場感應芯片，可與發射器內的磁場感應芯片以無線電的形式進行通信，實現二者運動方向的一致性。
6.如權利要求3所述的超聲波測距系統，在進行人車定位跟蹤時可利用超聲波發射接收裝置實時測量人與車之間的距離。
7.如權利要求6所述的超聲波測距系統，當人車距離超出安全范圍可觸動故障報警系統。
8.如權利要求1所述的傾角檢測系統，在行駛過程中可實時監測路面情況，并將監測信號發送至控制系統，控制系統分析后發送命令至直流減速電機驅動系統，以實現爬坡自動加速和下坡自動剎車功能。
【文檔編號】G05D1/02GK103576682SQ201210265890
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月27日 優先權日:2012年7月27日
【發明者】梁培, 王垚, 牛犖, 朱夏峰, 徐超, 王樂, 郭垠萱 申請人:中國計量學院