一種光伏智能移動平臺的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏智能移動平臺，包括三塊光伏板、第一光伏支架、第二光伏支架、第三光伏支架、麥克納姆全向輪、底盤、上蓋、輻照儀臺、兩個自鎖電機和微處理器控制系統。本發明提供一種光伏智能移動平臺，不僅可利用光伏板和光伏控制器控制鋰電池充放電，并通過光伏支架和自鎖電機實現支架的展開和收攏。同時通過上位機軟件接收平臺數據，并對數據進行處理，地圖定位，利用行走算法下達行走指令，調整平臺運行速度以及姿態，實現平臺點對點行走和遠程監控，且平臺可通過自動檢測電量、輻照度以及利用尋光算法尋找最佳充電場所，進行智能充電。
【專利說明】
一種光伏智能移動平臺
技術領域
[0001]本發明涉及一種光伏智能移動平臺，屬于新能源智能機器人領域。
【背景技術】
[0002]隨著光伏技術已日趨成熟，光伏發電已逐漸步入商業化、大眾化、平民化，光伏發電在新領域的應用，將成為未來重要的研究方向。以太陽能為動力的智能機器人，具有環保、經濟、靈活、通用等特點，具有廣闊的應用前景。目前新興發展起來的路面機器人或者飛行器普遍需要有操作人員手動為其充電，這很有可能因充電不及時而在關鍵時刻失去作用帶來嚴重后果。此外戶外智能機器人將會應用于公園導航、路面清潔，球場清理等領域。為此開發這樣一個研究性移動平臺具有積極的意義。
【發明內容】
[0003]為了解決上述問題，本發明提供一種光伏智能移動平臺，利用太陽能為平臺提供電能，通過上位機與其通訊并控制其行走，具有自動充電、導航、壁障等功能。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種光伏智能移動平臺，所述平臺包括三塊光伏板、第一光伏支架、第二光伏支架、第三光伏支架、麥克納姆全向輪、底盤、上蓋、輻照儀臺、兩個自鎖電機和微處理器控制系統，所述三塊光伏板分別安裝在第一光伏支架、第二光伏支架和第三光伏支架上，所述第二光伏支架設置在上蓋上，所述第一光伏支架和第三光伏支架分別通過自鎖電機連接在第二光伏支架兩側，所述上蓋前端設置有輻照儀臺，所述上蓋的下方設有底盤，且底盤外部的四角通過傳動軸均安裝有麥克納姆全向輪，所述微處理器控制系統安裝在底盤內部。
[0005]優選地，所述微處理器控制系統包括鋰電池、11.1V光伏控制器、電機驅動模塊組、測速直流電機組、姿態傳感器、傳感器組、信號處理模塊、顯示器模塊、超聲波模塊組、GPRS模塊、GPS模塊、無線通訊模塊、SD卡存儲模塊以及微處理器。
[0006]優選地，所述三塊光伏板為三個并聯連接的20W車載光伏板，11.1V光伏控制器配有光伏板輸入接口、鋰電池充放電接口和電量輸出接口，所述光伏板通過光伏板輸入接口與11.1V光伏控制器11連接，并由11.1V光伏控制器11控制通過鋰電池充放電接口對鋰電池進行充放電，所述11.1V光伏控制器11通過電量輸出接口與負載連接，給整個系統供電，并與微處理器構成通訊，告知其充放電情況及故障情況。
[0007]優選地，電機驅動模塊組包括兩個L289N全橋驅動模塊，所述測速直流電機組包括四個脈沖測速模塊和四個帶光電編碼盤的直流電機，且所述四個直流電機分別安裝在麥克納姆全向輪上，所述微處理器通過所述電機驅動模塊組驅動所述直流電機控制麥克納姆全向輪行走，所述脈沖測速模塊直接安裝在所述直流電機上測量電機轉速，并輸出信號給微處理器讓其讀取，所述微處理器通過模糊PID算法控制四個直流電機的轉速。
[0008]優選地，所述傳感器組包括電流電壓傳感器、兩個PT100溫度傳感器、水平輻照儀和攝像頭，所述電流電壓傳感器安裝于微處理器控制系統板上，且分別與光伏板和鋰電池連接，用于監測電量，所述兩個PTlOO溫度傳感器中的一個粘貼在光伏板背面，另一個暴露在空氣中，分別用于采集光伏板背板溫度和環境溫度，所述水平輻照儀設置在輻照儀臺的上方，用于采集水平輻照度，所述攝像頭設置在輻照儀臺的下方，用于采集圖像信息，所述傳感器組采集的信息通過信號處理模塊傳輸至微處理器。上位機也不斷傳遞該區域當前平均輻照度給平臺，平臺利用這些信息獲知當前電量、光伏板和鋰電池狀態以及運行地點的輻照度，若電量降至一定程度需要充電，便會根據該地區平均福照度以及運行地點搜尋輻照度較高的充電場所，實現智能充電。
[0009]優選地，所述超聲波模塊組包括4個串聯在一根串口總線上的URM37系列超聲波模塊，支持RS485通訊接口，且通過串口通訊協議與微處理器交換信息。4個超聲波模塊測量前后左右4個方向的障礙物距離，并結合雙目攝像頭的OpenCV算法實現平臺前方障礙物測距，更好的保證前方障礙物距離精度現平臺的智能壁障。
[0010]優選地，所述姿態傳感器包括三軸加速度計和單軸陀螺儀，安裝于平臺底盤中心，用于采集平臺當前姿態和各方向上運動速度，所述GPS模塊安裝于平臺底盤中心，用于實時采集當前地理位置，并將采集的信息傳輸至微處理器。
[0011 ] 優選地，所述無線通訊模塊為APC220無線通訊模塊，且所述微處理器分別通過無線通訊模塊和GPRS模塊與上位機連接，實現平臺的近程調試和遠程通訊。微處理器利用AT指令將平臺位置信息、采集到的數據以及狀態參數通過GPRS模塊傳遞給遠程上位機，便于上位機數據處理。
[0012]優選地，所述SD卡存儲模塊包括SD卡和CH376文件管理控制芯片，所述微處理器通過顯示器模塊顯示當前平臺當前運行狀態，并且在無上位機監控模式下，微處理器可通過CH376文件管理控制芯片將平臺數據存入SD卡。
[0013]優選地，所述自鎖電機為蝸輪蝸桿自鎖電機，且與電機驅動模塊組相連，由L289N全橋驅動模塊驅動實現支架的展開合攏，可節省小車占地空間，也可利用自鎖功能將光伏板支架展開到一定角度，接受太陽輻照。
[OOM]平臺上位機軟件由本領域技術人員根據平臺功能利用微軟公司的Visual Stud1軟件編寫平臺編寫的監控軟件。平臺運行時，上位機每一定時間收發一次數據，平臺將位置信息、姿態信息、由超聲波模塊獲取的障礙物距離參數、圖像參數、其它傳感器參數以及狀態參數通過GPRS模塊或者無線模塊傳輸給上位機，上位機軟件中包含某小范圍地區的地圖，可對平臺進行定位顯示，根據地圖中路況信息以及行走算法給平臺下達行走方向指令，實現平臺從一地點到另一地點的自動行走，同時軟件也可對其他數據進行處理、顯示和存儲
本平臺的微處理器采用Ti公司的TMS320F28062高速浮點型32位CPU，擁有較強大的信號處理能力以及電機控制功能。
[0015]本發明提供一種光伏智能移動平臺，不僅可利用光伏板和光伏控制器控制鋰電池充放電，并通過光伏支架和自鎖電機實現支架的展開和收攏。同時通過上位機軟件接收平臺數據，并對數據進行處理，地圖定位，利用行走算法下達行走指令，調整平臺運行速度以及姿態，實現平臺點對點行走和遠程監控，且平臺可通過自動檢測電量、輻照度以及利用尋光算法尋找最佳充電場所，進行智能充電。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的軸側外觀示意圖；
圖2為本發明的正面外觀示意圖；
圖3為本發明的微處理器控制系統整體框圖；
圖4為本發明的程序流程圖；
圖中:光伏板I，第一光伏支架2-1、第二光伏支架2-2、第三光伏支架2-3，麥克納姆輪3，底盤7，上蓋5，輻照儀臺6，自鎖電機7，輻照儀8，攝像頭9，鋰電池10，11.1V光伏控制器11，電機驅動模塊組12，測速直流電機組13，脈沖測速模塊13-1、直流電機13-2、姿態傳感器14，傳感器組15，電流電壓傳感器15-1、PT100溫度傳感器15-2、信號處理模塊16，顯示器模塊17，超聲波模塊組18，GPRS模塊19，GPS模塊20，無線通訊模塊21，SD卡存儲模塊22，微處理器23，上位機24。
【具體實施方式】
[0017]為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0018]如圖1?4所示，1、一種光伏智能移動平臺，包括三塊光伏板1、第一光伏支架2-1、第二光伏支架2-2、第三光伏支架2-3、麥克納姆全向輪3、底盤4、上蓋5、輻照儀臺6、兩個自鎖電機7和微處理器控制系統，所述三塊光伏板I分別安裝在第一光伏支架2-1、第二光伏支架2-2和第三光伏支架2-3上，所述第二光伏支架2-2設置在上蓋上，所述第一光伏支架2-1和第三光伏支架2-3分別通過自鎖電機7連接在第二光伏支架2-1兩側，所述上蓋5前端設置有輻照儀臺6，所述上蓋5的下方設有底盤4，且底盤4外部的四角通過傳動軸均安裝有麥克納姆全向輪，所述微處理器控制系統安裝在底盤4內部。
[0019]優選地，所述微處理器控制系統包括鋰電池10、11.1V光伏控制器11、電機驅動模塊組12、測速直流電機組13、姿態傳感器14、傳感器組15、信號處理模塊16、顯示器模塊17、超聲波模塊組18、GPRS模塊19、GPS模塊20、無線通訊模塊21、SD卡存儲模塊22以及微處理器23ο
[0020]優選地，所述三塊光伏板I為三個并聯連接的20W車載光伏板，11.1V光伏控制器11配有光伏板I輸入接口、鋰電池10充放電接口和電量輸出接口，所述光伏板I通過光伏板I輸入接口與11.1V光伏控制器11連接，并由11.1V光伏控制器11控制通過鋰電池10充放電接口對鋰電池1進行充放電，所述11.1V光伏控制器(11)通過電量輸出接口與主控電路板連接，給整個系統供電，光伏控制器自帶微處理器，可通過硬件串行接口與微處理器23的串行接口連接，構成通訊，告知其充放電情況及故障情況。
[0021]優選地，所述電機驅動模塊組12包括兩個L289N全橋驅動模塊，所述測速直流電機組13包括四個脈沖測速模塊13-1和四個帶光電編碼盤的直流電機13-2，且所述四個直流電機分別安裝在麥克納姆全向輪3上，所述微處理器10通過所述電機驅動模塊組12驅動所述直流電機13-2控制麥克納姆全向輪3行走，所述脈沖測速模塊13-1直接安裝在所述直流電機13-2上測量電機轉速，并輸出信號給微處理器23讓其讀取，所述微處理器23通過模糊PID算法控制四個直流電機13-2的轉速。
[0022]優選地，所述傳感器組15包括電流電壓傳感器15-1、兩個PT100溫度傳感器15-2、水平輻照儀8和攝像頭9，所述電流電壓傳感器15-1安裝于微處理器控制系統板上，且分別與光伏板I和鋰電池10連接，用于監測電量，所述兩個PT100溫度傳感器15-2中的一個粘貼在光伏板I背面，另一個暴露在空氣中，分別用于采集光伏板背板溫度和環境溫度，所述水平輻照儀8設置在輻照儀臺6的上方，用于采集水平輻照度，所述攝像頭9設置在輻照儀臺6的下方，用于采集圖像信息，所述傳感器組15采集的信息通過信號處理模塊16傳輸至微處理器23。
[0023]優選地，所述超聲波模塊組18包括4個串聯在一根串口總線上的URM37系列超聲波模塊，且通過串口通訊協議與微處理器23交換信息。
[0024]優選地，所述姿態傳感器14包括三軸加速度計和單軸陀螺儀，安裝于平臺底盤中心，用于采集平臺當前姿態和各方向上運動速度，所述GPS模塊安裝于平臺底盤中心，用于實時采集當前地理位置，并將采集的信息傳輸至微處理器23。
[0025]優選地，所述無線通訊模塊21為APC220無線通訊模塊，所述GPRS模塊19為S頂900A模塊，都安裝在平臺尾部，天線引出在車身外部，且所述微處理器23分別通過無線通訊模塊21和GPRS模塊19與上位機連接，實現平臺的近程調試和遠程通訊。
[0026]優選地，所述SD卡存儲模塊22包括SD卡和CH376文件管理控制芯片，所述微處理器23通過顯示器模塊17顯示當前平臺當前運行狀態，并通過CH376文件管理控制芯片將平臺數據存入SD卡。
[0027]優選地，所述自鎖電機7為蝸輪蝸桿自鎖電機，且與電機驅動模塊組12相連，由L289N全橋驅動模塊驅動實現支架的展開合攏。
[0028]本發明的工作流程如下:
平臺開機初始化后就根據傳感器組采集到電池參數計算電量，若電量大于滿電量的三分之一便存儲數據，等待上位機下達指令以及數據，等待的過程中不斷檢測電量以及采集各類參數并存儲，當上位機下達指令后，平臺便將當前采集到的數據傳遞給上位機并且根據指令行走，同時啟動壁障模式，上位機利用點到點行走算法不斷傳遞平臺行走方向和速度，實現平臺按照規定路線行走。在此過程中，平臺也會不斷檢測電量，當電量下降至滿電量的三分之一后就進入自動充電模式，該模式下，上位機收集此地區當前平均輻照，此數據可以來自地面氣象站，然后將此數據傳遞給平臺，若平臺采集的輻照度大于此地區當前平均輻照，便停止運行展開光伏板進行充電，在此期間不停檢測輻照度和電量至充滿，此后恢復運行，若平臺采集的輻照度小于此地區當前平均輻照，便執行尋光模式并啟動壁障模式，在此期間不斷采集輻照度，直到走到輻照大于平均輻照的地點進行充電。在尋光模式中，利用麥克納姆輪可使平臺繞自身幾何中心旋轉，前端輻照儀可采集旋轉一周中最大的輻照度，于是幾何中心到此處的延長線便是最大輻照度所在直線，平臺可沿此路線尋找輻照度最大的地點進行充電。
[0029]在本申請中所提及和用到的算法以及各模塊裝置均屬于本領域中的技術人員所掌握的常規技術手段。
[0030]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種光伏智能移動平臺，其特征在于:所述平臺包括三塊光伏板(I)、第一光伏支架 (2-1)、第二光伏支架(2-2)、第三光伏支架(2-3)、麥克納姆全向輪(3)、底盤(4)、上蓋(5)、輻照儀臺(6)、兩個自鎖電機(7)和微處理器控制系統，所述三塊光伏板(I)分別安裝在第一光伏支架(2-1)、第二光伏支架(2-2)和第三光伏支架(2-3)上，所述第二光伏支架(2-2)設置在上蓋上，所述第一光伏支架(2-1)和第三光伏支架(2-3)分別通過自鎖電機(7)連接在第二光伏支架(2-1)兩側，所述上蓋(5)前端設置有輻照儀臺(6)，所述上蓋(5)的下方設有底盤(4)，且底盤(4)外部的四角通過傳動軸均安裝有麥克納姆全向輪，所述微處理器控制系統安裝在底盤(4)內部。2.根據權利要求1所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述微處理器控制系統包括鋰電池(10)、11.1V光伏控制器(11)、電機驅動模塊組(12)、測速直流電機組(13)、姿態傳感器(14 )、傳感器組(15 )、信號處理模塊(16)、顯示器模塊(17)、超聲波模塊組(18)、GPRS模塊(19)、GPS模塊(20)、無線通訊模塊(21)、SD卡存儲模塊(22)以及微處理器(23)。3.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述三塊光伏板(I)為三個并聯連接的20W車載光伏板，11.1V光伏控制器(I I)配有光伏板(I)輸入接口、鋰電池(10)充放電接口和電量輸出接口，所述光伏板(I)通過光伏板(I)輸入接口與11.1V光伏控制器(I I)連接，并由11.1V光伏控制器(I I)控制通過鋰電池(10)充放電接口對鋰電池(10)進行充放電，所述11.1V光伏控制器(11)通過電量輸出接口給整個系統供電，光伏控制器通過串口連接與微處理器(23)連接，構成通訊，告知其充放電情況及故障情況。4.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述電機驅動模塊組(12)包括兩個L289N全橋驅動模塊，所述測速直流電機組(13)包括四個脈沖測速模塊(13-1)和四個帶光電編碼盤的直流電機(13-2)，且所述四個直流電機分別安裝在麥克納姆全向輪(3)上，所述微處理器(10)通過所述電機驅動模塊組(12)驅動所述直流電機(13-2)控制麥克納姆全向輪(3)行走，所述脈沖測速模塊(13-1)直接安裝在所述直流電機(13-2)上測量電機轉速，并輸出信號給微處理器(23)讓其讀取，所述微處理器(23)通過模糊PID算法控制四個直流電機(13-2)的轉速。5.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述傳感器組(15)包括電流電壓傳感器(15-1)、兩個PT100溫度傳感器(15-2)、水平輻照儀(8)和攝像頭(9)，所述電流電壓傳感器(15-1)安裝于微處理器控制系統板上，且分別與光伏板(I)和鋰電池(10)連接，用于監測電量，所述兩個PT100溫度傳感器(15-2)中的一個粘貼在光伏板(I)背面，另一個暴露在空氣中，分別用于采集光伏板背板溫度和環境溫度，所述水平輻照儀(8)設置在輻照儀臺(6)的上方，用于采集水平輻照度，所述攝像頭(9)設置在輻照儀臺(6)的下方，用于采集圖像信息，并將圖像信息傳輸至微處理器(23)，所述傳感器組(15)采集的信息通過信號處理模塊(16)傳輸至微處理器(23)。6.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述超聲波模塊組(18)包括4個串聯在一根串口總線上的URM37系列超聲波模塊，且通過串口通訊協議與微處理器(23)交換信息。7.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述姿態傳感器(14)包括三軸加速度計和單軸陀螺儀，安裝于平臺底盤中心，用于采集平臺當前姿態和各方向上運動速度，所述GPS模塊安裝于平臺底盤中心，用于實時采集當前地理位置，并將采集的信息傳輸至微處理器(23)。8.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述無線通訊模塊(21)為APC220無線通訊模塊，所述GPRS模塊(19)為S頂900A模塊，且所述微處理器(23)分別通過無線通訊模塊(21)和GPRS模塊(19)與上位機連接，實現平臺的近程調試和遠程通訊。9.根據權利要求2所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述SD卡存儲模塊(22)包括SD卡和CH376文件管理控制芯片，所述微處理器(23)通過顯示器模塊(17)顯示當前平臺當前運行狀態，并通過CH376文件管理控制芯片將平臺數據存入SD卡。10.根據權利要求4所述的一種光伏智能平臺，其特征在于:所述自鎖電機(7)為蝸輪蝸桿自鎖電機，且與電機驅動模塊組(12)相連，由L289N全橋驅動模塊驅動實現支架的展開合攏。
【文檔編號】G05B19/042GK105843115SQ201610164485
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發明人】丁坤, 李元良, 陳富東, 顧鴻燁, 魯鈺, 劉建華, 王國慶, 李辰陽
【申請人】河海大學常州校區