CN101639699B - 一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车 - Google Patents

Abstract

一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，包括车体、安装在所述车体上的车轮、驱动所述车轮旋转的电机、控制系统和遥控器，所述控制系统包括主控CPU、自动搜索控制电路、障碍避让控制电路和电源电路，所述遥控器包括遥控CPU、与所述自动搜索控制电路相匹配的信号控制电路和按键电路，所述自动搜索控制电路能够搜索识别所述遥控器的位置，并将搜索识别的信号传输至所述主控CPU中，所述主控CPU根据所述遥控器的位置信号产生控制所述电机运转的控制信号，从而自动控制所述车体跟随持有所述遥控器的使用者，所述障碍避让控制电路能够检测在行进过程中的障碍物，并将检索到的信号传输至所述主控CPU中，所述主控CPU根据检测到的障碍信号产生控制所述电机运转的控制信号，以躲避障碍物。

Description

一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车

技术领域

本发明涉及一种高尔夫球车，尤其涉及一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，高尔夫球运动越来越普及。高尔夫球用具比较多，使用者长距离背负十分困难。为了解决这个问题，现有技术中出现了一些装载高尔夫球用具的小车，这种小车一般有使用者拉动或者是通过电机驱动行走。如中国专利号为CN200520117180.8号实用新型专利，其公告日为2007年1月3日，公告号为CN2853485，公开了一种双控式电动高尔夫球车，其特征在于该双控式电动高尔夫球车，包括左电机(1)、右电机(2)、车架(3)、手持式遥控器(5)、手动控制器(6)、支撑轮(11)、二只驱动轮(12)和电子电路，其中，在车架(3)上设有电气盒(4)、电池架(8)、立杆(9)，左电机(1)和右电机(2)装在车架(3)的左右两侧，二只驱动轮(12)分别与左电机(1)和右电机(2)连接，在立杆(9)的上端装有手杆(10)，手动控制器(6)装在手杆(10)的手柄上，电池(7)装在电池架(8)上，电子电路包括左电机(1)、右电机(2)、手持式遥控器(5)、手动控制器(6)和控制器电路(13)。上述技术方案可以通过手杆上的手动控制器和手持式遥控器两种控制方式实现控制，但该方案需要使用者专心对其控制，使用不够方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种能够自动搜索使用者、并能跟踪使用者进行行驶的智能自动搜索跟踪高尔夫球车。

按照本发明提供的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，包括车体、安装在所述车体上的车轮、驱动所述车轮旋转的电机、控制系统和遥控器，其特征在于：所述控制系统包括主控CPU、自动搜索控制电路、障碍避让控制电路和电源电路，所述遥控器包括遥控CPU、与所述自动搜索控制电路相匹配的信号控制电路和按键电路，所述自动搜索控制电路能够搜索识别所述遥控器的位置，并将搜索识别的信号传输至所述主控CPU中，所述主控CPU根据所述遥控器的位置信号产生控制所述电机运转的控制信号，从而自动控制所述车体跟随持有所述遥控器的使用者，所述障碍避让控制电路能够检测在行进过程中的障碍物，并将检测到的信号传输至所述主控CPU中，所述主控CPU根据检测到的障碍信号产生控制所述电机运转的控制信号，以躲避障碍物。

按照本发明提供的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车还具有如下附属技术特征：

所述自动搜索控制电路包括无线通讯电路和超声波定位电路，所述遥控器的信号控制电路包括与所述无线通讯电路相匹配的遥控无线电路和与所述超声波定位电路相匹配的超声波发生电路，所述无线通讯电路能够与所述遥控无线电路通过特定编码进行通讯，所述超声波定位电路接收所述超声波发生电路发出的超声波信号，并根据接收到的超声波信号计算出车体与使用者之间的距离信号。

所述超声波定位电路包括超声波定位计算模块、多个超声波测距模块和安装在所述车体上的多个超声波接收头，所述超声波定位计算模块通过所述超声波测距模块收集由所述超声波接收头接收到的超声波信号，并进行计算。

所述超声波发生电路包括超声波驱动电路和超声波发射装置，所述超声波驱动电路产生的超声波信号由所述超声波发射装置发射出去。

所述超声波发射装置由多个超声波发射头组合而成。

所述障碍避让控制电路包括红外信号处理电路和安装在所述车体四周的多个红外发射接收头，所述红外信号处理电路将由所述红外发射接收头接收到的红外信号进行处理，产生障碍避让信号，并将障碍避让信号传输至所述主控CPU。

所述车轮上连接有旋转编码器，所述旋转编码器产生的车轮旋转信号传输至所述主控CPU。

所述电机由电机调速模块和电机方向切换模块控制，所述电机调速模块和电机方向切换模块分别由所述主控CPU控制。

所述控制系统还设置有指示灯和报警蜂鸣器。

所述按键电路与所述遥控CPU相连接，所述遥控CPU将所述按键电路产生的按键信号通过所述遥控无线电路发生出去，所述无线通讯电路接收到按键信号并传输至所述主控CPU中，所述主控CPU接收到按键信号后中断超声波电位电路工作，此时所述主控CPU根据按键信号产生控制信号，控制所述电机工作。

按照本发明提供的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车与现有技术相比具有如下优点：首先，本发明的控制系统中设置有自动搜索控制电路，根据使用者持有的遥控器所发出的信号，对使用者的位置进行判断，控制高尔夫球车跟随使用者，使用更加方便；其次，本发明设置有障碍避让控制电路，能够自动检测障碍物，并进行避让，以免发生危险或翻到；再次，本发明可以根据使用者的设定，使车体与使用者保持一定距离；最后，本发明还可以通过使用者持有的遥控器进行遥控，通过按键控制行驶。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明的遥控器的电路原理图。

图3是本发明控制系统中主控CPU与超声波定位计算模块及红外模块接口的电路原理图。

图4是本发明控制系统中电机调速模块的电路原理图。

图5是本发明控制系统中电机方向切换模块的电路原理图。

图6是本发明控制系统中超声波测距模块接口的电路原理图。

图7是本发明控制系统中电源电路的电路原理图。

图8是本发明控制系统中旋转编码器接口电路原理图。

图9是本发明控制系统中无线模块接口电路原理图。

图10是本发明控制系统中指示灯电路原理图。

图11是本发明控制系统中报警蜂鸣器电路原理图。

具体实施方式

参见图1至图11，按照本发明提供的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车的实施例，包括车体、安装在所述车体上的车轮、驱动所述车轮旋转的电机、控制系统和遥控器，所述车轮有多个，本实施例可以采用三个车轮的方案，其中两个后轮分别由两个电机驱动，前轮无驱动机构。这样可以通过控制后轮的两个电机的转速实现转向和行驶方向、速度。所述车体主要是用作装载高尔夫球用具，例如球杆等。这些结构都属于比较成熟的现有技术，此处对机械的具体结构不再赘述。本发明与现有技术不同之处在于，所述控制系统包括主控CPU1、自动搜索控制电路、障碍避让控制电路和电源电路2，所述遥控器包括遥控CPU9、与所述自动搜索控制电路相匹配的信号控制电路和按键电路8，所述自动搜索控制电路能够搜索识别所述遥控器的位置，并将搜索识别的信号传输至所述主控CPU1中，所述主控CPU1根据所述遥控器的位置信号产生控制所述电机运转的控制信号，从而自动控制所述车体跟随持有所述遥控器的使用者，所述障碍避让控制电路能够检测在行进过程中的障碍物，并将检测到的信号传输至所述主控CPU1中，所述主控CPU1根据检测到的障碍信号产生控制所述电机运转的控制信号，以躲避障碍物。所述主控CPU采用MAINCPU，主控CPU主要用于接收自动搜索控制电路的信息，根据该信息做出综合判断，计算机出球车应该做出的对应的动作，转动的方向，角度和行进的距离等。

本发明中电源电路2采用变压器、HC78L05ACP稳压芯片和LM2575-5.0芯片构成，用于过滤电机干扰，提供红外避障模块使用的+12V电源。提供单片机工作的+5V电源，提供模拟电路使用的+5V电源，和调速模块驱动大功率场效应管的+5V电源。这些电源之间都相互隔离，可以有效地避免互相干扰。

在本发明给出的上述实施例中，所述自动搜索控制电路包括无线通讯电路3和超声波定位电路4，所述遥控器的信号控制电路包括与所述无线通讯电路3相匹配的遥控无线电路7和与所述超声波定位电路相匹配的超声波发生电路6，所述无线通讯电路3能够与所述遥控无线电路7通过特定编码进行通讯，所述超声波定位电路接收所述超声波发生电路7发出的超声波信号，并根据接收到的超声波信号计算出车体与使用者之间的距离信号。所述无线通讯电路3通过无线模块接口31接到主控CPU，用于接收遥控器发出的无线电指令，无线电指令传到超声波定位电路4中，由其解码出使用者发出的实际遥控指令，将遥控指令发到主控CPU，主控CPU可以根据遥控指令，切换球车到遥控状态，直接控制球车行走。本实施例采用的无线信号为射频无线信号，在这里射频发射接收和汽车钥匙的原理一样的，具有自己唯一的编码，因此使用者和球车是一对一的关系，球车发出的信号只有使用者才能够接收到，球车和使用者通过电波和超声波的发送和接收来判断方位和距离，并控制球车的运动跟随使用者。

在本发明给出的上述实施例中，所述超声波定位电路4包括超声波定位计算模块41、超声波测距模块43和安装在所述车体上的多个超声波接收头42，每一超声波测距模块43通过一个超声波测距模块接口44与所述超声波定位计算模块41相连接，通过所述超声波测距模块43收集由所述超声波接收头42接收到的超声波信号，并进行计算。所述超声波定位计算模块41为STC5402AD-32集成处理芯片，所述超声波接收头42可以采用市场上成熟的现有产品。在本实施例中，所述车体上安装有4个超声波接收头42和对应的4个超声波测距模块，通过超声波测距模块43与所述超声波定位计算模块41相连接。可以获得球车上4个探头与使用者身上的遥控器之间的距离。这4个精确的距离信号将送到超声波定位计算模块，供其计算方向使用。超声波定位计算模块41收到4个超声波探头与遥控器之间的距离数据后，利用空间几何原理，解出遥控器与球车之间的角度和距离的方程。从而得到遥控器相对于小车的方位和距离。超声波定位计算机模块41同时还接收无线信号，解码出遥控器发出的指令，送到主控CPU。本发明根据声波传输速度和传输时间来测量距离，而不是通过测量信号强度模拟量来测量，可以有效地避免信号被遮挡和干扰时，信号变弱时产生误差，这种方式只要收到有效信号，就可以精确的计算出距离。

在本发明给出的上述实施例中，所述超声波发生电路6包括超声波驱动电路61和超声波发射装置62，所述超声波驱动电路61产生的超声波信号由所述超声波发射装置62发射出去。所述超声波发射装置62由多个超声波发射头组合而成，本实施例为9个，图中标号为F1至F9。所述超声波驱动电路61有74LS04集成芯片和CD4069集成芯片组成，能够产生超声波。

在本发明给出的上述实施例中，所述障碍避让控制电路包括红外信号处理电路5和安装在所述车体四周的多个红外发射接收头51，所述红外信号处理电路5将由所述红外发射接收头51接收到的红外信号进行处理，产生障碍避让信号，并将障碍避让信号传输至所述主控CPU1。所述红外信号处理电路5通过红外模块接口J10与所述主控CPU1相连接。红外模块接口J10接收球车前端的红外发射接收头发出的信号。将前方有障碍的信号传到主控CPU，令其停车。由于避障距离比较短，只有30cm，使用红外线避障，在球车四周设置4对红外发射接收头，不断发出特定编码的载波信号，当附近有障碍物时，则会反射回来而接收到这个信号，从而控制球车停止动作。

在本发明给出的上述实施例中，所述车轮上连接有旋转编码器，所述旋转编码器产生的车轮旋转信号传输至所述主控CPU。所述旋转编码器通过旋转编码器接口11与所述主控CPU1相连接，所述旋转编码器接口11由光电隔离开关RPI-574和集成芯片LM393组成。在两个车轮上分别连接有一个旋转编码器。旋转编码器是利用装在车轮上的光电编码器，传输到电路中，利用LM393比较器整形信号，再送给主控CPU1。主控CPU1接收旋转编码器的信号，计算机出两个轮子的当前的速度，为球车的行进和转弯的速度提供基准。

在本发明给出的上述实施例中，所述电机由电机调速模块12和电机方向切换模块13控制，所述电机调速模块12和电机方向切换模块13分别由所述主控CPU1控制。主控CPU还利用内置的PWM输出模块，输出PWM信号给电机调速模块，驱动电机以一定的速度转动。电机调速模块12是一个功率输出模块，根据输入的PWM信号，提供256级大小电流给电机。使2个电机以精度为256级的速度转动，从而带动小车行走或者转动。电机方向切换模块13利用继电器组合，切换通过电机的电流方向，使电机正转或者反转。

在本发明给出的上述实施例中，所述控制系统还设置有指示灯14和报警蜂鸣器15。指示灯指示14当前球车的行车状态，和电池剩余电量状态。报警蜂鸣器15在球车检测到故障或者使用者离车太远时，发出报警声提醒使用者注意并处理。

在本发明给出的上述实施例中，所述按键电路8与所述遥控CPU9相连接，所述遥控CPU9将所述按键电路8产生的按键信号通过所述遥控无线电路7发生出去，所述无线通讯电路3接收到按键信号并传输至所述主控CPU1中，所述主控CPU1接收到按键信号后中断超声波定位电路工作，此时所述主控CPU1根据按键信号产生控制信号，控制所述电机工作。共设有5-8个按键，用于遥控球车前、后、左、右、停车、自动跟踪等运行，按键全部接到CPU的中断引脚。用于触发处于休眠状态的CPU觉醒，并处理按键动作。没有任何按键动作时，遥控器CPU可处于休眠状态，节省电池电量。

结合上述实施例，现将本发明的球车的工作过程做如下介绍：

球车大概以每秒3次的间隔不断发出带编码无线电脉冲，当使用者携带的遥控器接收到这个信号，立即发出一个特定的超声波脉冲串。球车上的4个超声波接收头中的3个收到该信号后，判断是使用者返回的信号，即计算出电波发出到收到红外信号的时间(t)，根据固定的音速(S)，通过方程(L＝t*S)计算出3个超声波接收头和使用者之间的距离(L1，L2，L3)，电波传播速度为光速，因此电波发射时间可以忽略不计。由于4个超声波接收头中始终会有1个被遮挡，因此，只要有3个能够接收即可。

知道3个距离(L1，L2，L3)后，再根据3个超声波接收头的固定位置(X1，Y1)，(X2，Y2)，(X3，Y3)，就可以通过方程计算出使用者所处的方位和坐标(X，Y)。

知道使用者方位后，可控制2个直流电机，正转或反转，使小车对准使用者方向。同时根据测量出来的距离L＝(L1+L2)/2，来判断是否大于设定距离，如果大于则驱动电机前进至设定距离处。如果L小于设定距离则不动作。

对于红外避障，每对红外发射接收头用挡板隔开，不会直接收到自己发出的信号。红外管装在球车底部，适当遮住上面的光线，以避开太阳光干扰.。这样只有在地面出现障碍物时，障碍物反射回来发射出去的信号，被接收管收到再进行去干扰分析，就可以判断出是否有障碍物。主控CPU发现行进方向有障碍物后可发出停止运行指令，并发出声音提示。调节红外发射接收头的方位和接收灵敏度，可以设定避障距离为30cm左右，当发现障碍物消失时，球车可以继续自动前进。

其中对活动障外物，当球车在行走工作时，遇到站立的人，必须在障外物前的规定(0.3-0.5米)范围内停定，同时发出报警信号，当站立的人离开，球车能搜索到使用者，并按使用者的方向跟踪行走。

固定障外物，当球车在球场行走工作时候，遇到树木或石头时球车必须在障外物前的规定(0.3-0.5米)范围内停定，使用者可采用遥控器控制球车转弯拐道出来，然后球车随后能搜索使用者，并跟踪使用者的方向行走。

当球车跟随使用者登上山丘时，使用者站立在山丘顶上，而球车则在规定的范围内停止运行，由于球车没有采取机械控制，球车在斜面时有自行滑行的可能，需要在设计上考虑，必须在要测试出球车在斜面时自行滑行，发出一个‘信号’由机械加以控制。

Claims (10)

1.一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，包括车体、安装在所述车体上的车轮、驱动所述车轮旋转的电机、控制系统和遥控器，其特征在于：所述控制系统包括主控CPU、自动搜索控制电路、障碍避让控制电路和电源电路，所述遥控器包括遥控CPU、与所述自动搜索控制电路相匹配的信号控制电路和按键电路，所述自动搜索控制电路能够搜索识别所述遥控器的位置，并将搜索识别的信号传输至所述主控CPU中，所述主控CPU根据所述遥控器的位置信号产生控制所述电机运转的控制信号，从而自动控制所述车体跟随持有所述遥控器的使用者，所述障碍避让控制电路能够检测在行进过程中的障碍物，并将检测到的信号传输至所述主控CPU中，所述主控CPU根据检测到的障碍信号产生控制所述电机运转的控制信号，以躲避障碍物。

2.如权利要求1所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述自动搜索控制电路包括无线通讯电路和超声波定位电路，所述遥控器的信号控制电路包括与所述无线通讯电路相匹配的遥控无线电路和与所述超声波定位电路相匹配的超声波发生电路，所述无线通讯电路能够与所述遥控无线电路通过特定编码进行通讯，所述超声波定位电路接收所述超声波发生电路发出的超声波信号，并根据接收到的超声波信号计算出车体与使用者之间的距离信号。

3.如权利要求2所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述超声波定位电路包括超声波定位计算模块、多个超声波测距模块和安装在所述车体上的多个超声波接收头，所述超声波定位计算模块通过所述超声波测距模块收集由所述超声波接收头接收到的超声波信号，并进行计算。

4.如权利要求2所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述超声波发生电路包括超声波驱动电路和超声波发射装置，所述超声波驱动电路产生的超声波信号由所述超声波发射装置发射出去。

5.如权利要求4所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述超声波发射装置由多个超声波发射头组合而成。

6.如权利要求1所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述障碍避让控制电路包括红外信号处理电路和安装在所述车体四周的多个红外发射接收头，所述红外信号处理电路将由所述红外发射接收头接收到的红外信号进行处理，产生障碍避让信号，并将障碍避让信号传输至所述主控CPU。

7.如权利要求1所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述车轮上连接有旋转编码器，所述旋转编码器产生的车轮旋转信号传输至所述主控CPU。

8.如权利要求1所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述电机由电机调速模块和电机方向切换模块控制，所述电机调速模块和电机方向切换模块分别由所述主控CPU控制。

9.如权利要求1所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述控制系统还设置有指示灯和报警蜂鸣器。

10.如权利要求2所述的一种智能自动搜索跟踪高尔夫球车，其特征在于：所述按键电路与所述遥控CPU相连接，所述遥控CPU将所述按键电路产生的按键信号通过所述遥控无线电路发生出去，所述无线通讯电路接收到按键信号并传输至所述主控CPU中，所述主控CPU接收到按键信号后中断超声波定位电路工作，此时所述主控CPU根据按键信号产生控制信号，控制所述电机工作。

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