微控制器采集的数据之间的相互差异都超过预定阀值，表明三个微控制器中至少有两个异常，那么系统就会出现误判了，此时三个微控制器的判断机制已经失效，应当立即输出异常信号至主控的人机界面或者采取刹车、减速等安全停车措施。
[0036]如图2所示，本实用新型的载人平衡车的控制系统主要包括传感器(图上未画出)、驱动电路40、存储器20、三个微控制器10、输入信号通道(图上未画出)和输出信号通道30。其中，三个微控制器10都连接传感器和驱动电路40，三个微控制器10还连接存储器20。
[0037]具体地，各微控制器10分别通过输入信号通道连接相应的传感器，以获取各传感器采集的实时数据，并在所述存储器中进行数据共享；各微控制器还通过输出信号通道30连接相应的驱动电路40，以对载人平衡车进行实时控制。
[0038]根据具体需要，各微控制器10能够判断各微控制器采集的数据之间的偏差，如果其中任一微控制器的数据与另外两个微控制器采集的数据之间的差异超过预定阀值，则在另外两个微控制器中选择一个，将与传感器相连的输入信号通道和与驱动电路相连的输出信号通道切换至该选择的微控制器10。
[0039]当然有些替代方案中，可只选择其中一个或两个微控制器10进行以上偏差判断。
[0040]如图3所示，一种具体的实施中，载人平衡车的控制系统包括以下组成部分:
[0041]1号微控制器、2号微控制器和3号微控制器为32位微控制器，即以上所述的三个微控制器。根据具体需要，三个微控制器可与相同的传感器连接，或者与不同的传感器连接，例如图中三个微控制器中，一个通过I2C (Inter — Integrated Circuit:两线式串行总线)协议读取三轴数字加速度计、三轴数字陀螺仪的数据，一个通过SPI (SerialPeripheral Interface:串行外设接口)协议读取六轴惯性传感器的数据，另一个通过ADC(Analog-to-Digital Converter:模数转换器)单元读取单轴模拟加速度计和单轴模拟陀螺仪的数据。各微控制器还可连接电流采集电路和电压采集电路以分别获取驱动电机电流和电池电压，还可连接温度传感器获取驱动电机温度。
[0042]DC-DC变换电源为整个系统板供给电源。
[0043]时钟信号发生器包括时钟发生电路，依次连接分频器和脉冲分配器，用于为三个微控制器提供时钟信号，使其在同步时钟信号的控制下，定时将数据写入所述存储器中指定的空间。具体地，时钟信号发生器和分频器产生1ms左右的周期脉冲，利用脉冲分配器将时钟同步到三个微控制器上，使三个微控制器能够定时、同步将数据写入SRAM进行共享，并同步读回其他各微控制器写入的数据。
[0044]三个微控制器通过SRAM共享数据，并对数据进行判断，如果其中任一微控制器的数据与另外两个微控制器采集的数据之间的差异超过预定阀值，则立即根据事先分配好的优先级抢夺系统输出控制权，并可以通过复位控制线对出错的单片机进行复位控制，通过串口将数据传给人机界面的主控。
[0045]本方案还包括还包括缓冲器或分配器，连接在微控制器与传感器相连的输入信号通道上，以及与所述驱动电路相连的输出信号通道上，这样保证了三个微控制器可以代入同样的参数进行计算，达到控制输出量同步，不至于出现系统切换过程中的大幅度摆动，使得系统出现平衡失控，用户被甩出或者扑街的现象。
[0046]具体地缓冲器和分配器可包括PWM (Pulse-ffidth Modulat1n脉宽调制)分配器、串口分配器、绝对式编码器分配器、增量式编码器分配器。例如PWM分配器连接在输出信号通道上，信号从微控制器连接至电机驱动器；串口分配器包括输入缓冲器和输出分配器，用于确保三个微控制器都在同时控制的情况下，把真正使用的数据进行正常输入和输出，避免信号碰撞；绝对式编码器分配器、增量式编码器分配器分别用于传输方向和速度信号。
[0047]SRAM作为存储器进行数据存储和共享，如图4所示，SRAM具有三个指定的存储区间，分别用于为1号、2号、3号微控制器提供数据存储和共享。根据需要，这些数据包括车体角度、车体速度、驱动温度、电池电压、电机电流等。
[0048]进一步地，本方案还可具有与三个微控制器相连的人机界面，如果其中任一微控制器的数据与另外两个微控制器采集的数据之间的差异超过预定阀值，还将该任一微控制器复位，并通过串口将数据传给人机界面的主控并在面板进行显示。人机界面的控制面板可设在车把手或其他位置，该面板上设置了蓝牙接口，可用于与手机和PC等进行智能化交互。当控制器出现异常时，可通过RS232协议将出错报告写入人机界面内置的FLASH并在面板进行显示。人机界面的可触控部分通过现有的TFT模块进行驱动显示，该模块中有一个微控制器，可以对外围的一些信息和设备(例如手机)通信，并将最后的结构信息传递给TFT模块上面进行显示，显示的内容比如开关机按钮，音乐播放，速度方面的性能显示，用户定制的一些菜单等等，车子各方面的操作均变为可视化，能给用户带来很多互动的体验。
[0049]本实用新型的载人平衡车使用了三个微控制器，利用无主机方式通过一个SRAM进行数据共享、互相监控和评判、控制权抢夺和修复功能，有效避免或减少了因某一微控制器异常而带来的控制失误，显著提高了平衡车的安全性能和用户的使用体验。
[0050]为了更加直观地说明本实用新型以上载人平衡机控制方法和控制系统的安全控制效果，如图5所示，在同种环境下，三个微控制器的工作状态有表中所列的8种可能，序号从1-8，某一微控制器状态正常时标识为0，异常时标识为1。
[0051]第1和第8种情况即极端情况下，所有微控制器全都正常或全都故障。
[0052]第2、3、5情况下，一个微控制器发生故障，但是该微控制器复位后其他控制器仍然能够控制载人平衡车正常工作。
[0053]第3、6、7情况下，由于两个微控制器发生故障，因此载人平衡机整体异常二无法正常工作。
[0054]可见，8种情况下，第1、2、3、5 (即全都微控制器正常和其中一个微控制器故障)能保证系统的安全使用，如果以上各情况发生的纪机率等，表明载人平衡车的可靠性达到了二分一，考虑到实际使用中两个以上微控制器故障的几率非常小，因此本实用新型载人平衡车的可靠性远远大于二分之一。
[0055]进一步地，本实用新型载人平衡车具有GPS定位功能，同时具有移动通信模块，可通过通信网络将位置信息传输给用户，实现定位跟踪防盗功能，进一步提高安全性，避免车辆被盗。
[0056]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种载人平衡车，其特征在于，包括传感器、驱动电路、存储器和三个微控制器，所述三个微控制器连接所述传感器和驱动电路，所述三个微控制器还连接所述存储器； 所述三个微控制器分别用于接收传感器采集的数据，并在所述存储器中进行数据共 所述微控制器中的至少一个用于判断各微控制器采集的数据之间的偏差，如果其中任一微控制器的数据与另外两个微控制器采集的数据之间的差异超过预定阀值，则在另外两个微控制器中选择一个，将与所述传感器相连的输入信号通道和与所述驱动电路相连的输出信号通道切换或保持至该选择的微控制器。2.根据权利要求1所述的载人平衡车，其特征在于，还包括相连的时钟信号发生器和分频器，用于将为所述三个微控制器提供时钟信号，使其在同步时钟信号的控制下，定时将数据写入所述存储器中指定的空间。3.根据权利要求2所述的载人平衡车，其特征在于，还包括缓冲器或分配器，连接在所述微控制器与所述传感器相连的输入信号通道上，以及与所述驱动电路相连的输出信号通道上。4.根据权利要求3所述的载人平衡车，其特征在于，所述三个微控制器中，一个通过I2C协议读取三轴数字加速度计、三轴数字陀螺仪的数据，一个通过SPI协议读取六轴惯性传感器的数据，另一个通过ADC单元读取单轴模拟加速度计和单轴模拟陀螺仪的数据。5.根据权利要求1至3中任一项所述的载人平衡车，其特征在于，还包括与所述三个微控制器相连的人机界面，如果其中任一微控制器的数据与另外两个微控制器采集的数据之间的差异超过预定阀值，还将该任一微控制器复位，并通过串口将数据传给人机界面的主控并在面板进行显示。
【专利摘要】本实用新型公开了一种载人平衡车，包括传感器、驱动电路、存储器和三个微控制器，所述三个微控制器连接所述传感器和驱动电路，所述三个微控制器还连接所述存储器；所述三个微控制器分别用于接收传感器采集的数据，并在所述存储器中进行数据共享；所述微控制器中的至少一个用于判断各微控制器采集的数据之间的偏差。本实用新型通过三个微控制器的评判和控制权抢夺，有效避免或减少了因某一微控制器异常而带来的控制失误，显著提高了平衡车的安全性能和用户的使用体验。
【IPC分类】G05B19/04
【公开号】CN204989827
【申请号】CN201520542048
【发明人】周承仙, 蔡健力, 陶希平, 林辉
【申请人】厦门理工学院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月24日