一种智能模型车

摘要

本发明提供一种智能模型车，其特征在于，包括：车本体；摄像模块，用于进行实时拍摄从而采集智能模型车前方的路况图像；控制模块，其中，控制模块包括定时中断部、中断信号暂存部、执行控制部、检索判定部、图像获取部以及分别具有不同功能的多个子功能部，定时中断部包含分别与各个子功能部相对应的多个计时单元，计时生成单元用于进行计时并在计时抵达预设的中断触发时长时生成一个与子功能部的功能名称相对应的中断触发信号并由中断信号暂存部进行暂存，执行控制部控制检索判定部对中断信号暂存部进行检索并判定出优先级最高的功能名称作为当前执行功能名称，执行控制部基于该当前执行功能名称控制相应的子功能部或图像处理部执行对应功能。

权利要求

1.一种智能模型车，其特征在于，包括：车本体；

摄像模块，设置在所述车本体上并正对所述车本体的前方，用于进行实时拍摄从而采集所述智能模型车前方的路况图像；

移动模块，设置在所述车本体上，用于驱动所述智能模型车进行移动；

控制模块，设置在所述车本体上，分别与所述摄像模块以及所述移动模块电连接，其中，所述控制模块包括功能信息存储部、定时中断部、中断信号暂存部、执行控制部、检索判定部、图像获取部、路况图像暂存部、路径生成部、以及分别具有不同功能的多个子功能部，

所述功能信息存储部存储有每个所述子功能部的功能名称以及表示该子功能部的处理优先级的优先级信息，还存储有对应所述图像获取部的功能名称以及表示该图像获取部的处理优先级的优先级信息，

所述定时中断部包含分别与各个所述子功能部相对应的多个计时单元，所述计时生成单元用于进行计时并在计时抵达预设的中断触发时长时生成一个与所述子功能部的功能名称相对应的中断触发信号并由所述中断信号暂存部进行暂存，所述摄像模块在采集到所述路况图像时发送一个与所述图像获取部的功能名称相对应的中断触发信号给所述控制模块并由所述中断信号暂存部进行暂存，所述执行控制部控制所述检索判定部对所述中断信号暂存部进行检索并在检索到所述中断触发信号时，基于所有被检索到的中断触发信号以及被存储的所述优先级信息与所述功能名称判定出优先级最高的所述功能名称作为当前执行功能名称从而完成判断处理，一旦所述检索判定部判定出所述当前执行功能名称，所述执行控制部就基于该当前执行功能名称控制相应的子功能部或所述图像处理部执行对应功能，并在该对应功能执行完成后控制所述中断信号暂存部删除相应的所述中断触发信号，进一步控制所述检索判定部再次进行所述判断处理，

当所述当前执行功能名称对应所述子功能部时，所述执行控制部还控制相应的所述计时生成单元再次进行计时，

当所述执行控制部控制所述图像处理部执行对应功能时，该图像获取部就从所述摄像模块获取到最新采集的路况图像并作为当前路况图像暂存至所述路况图像暂存部中，当所述检索判定部没有在所述中断信号暂存部中检索到所述中断触发信号时，所述执行控制部就控制所述路径分析生成部基于被暂存的所述当前路况图像分析所述智能模型车的移动路径并生成相应的移动控制信息，并控制所述移动模块基于该移动控制信息进行所述移动，进一步控制所述执行检索判定部再次进行所述判断处理。

2.根据权利要求1所述的智能模型车，其特征在于：其中，所述路况图像由多个像素行组成，所述图像获取部在获取所述路况图像并作为当前路况图像对路况图像暂存部进行更新时，依次采集每一行的所述像素行并对所述路况图像暂存部中原先暂存的所述当前路况图像的相应像素行进行更新直到所有的所述像素行都完成更新。

3.根据权利要求1所述的智能模型车，其特征在于：其中，所述多个子功能部至少含有一个具有红绿灯识别判定功能并作为红绿灯识别判定部的子功能部，

所述红绿灯识别部用于对所述路况图像暂存部中暂存的所述当前路况图像进行识别并判定该当前路况图像中的红绿灯状态，一旦所述红绿灯识别部判定所述红绿灯状态为红灯状态，所述执行控制部就控制所述移动模块停止所述移动。

4.根据权利要求1所述的智能模型车，其特征在于，还包括：超声波测距模块，设置在所述车本体的前方，用于检测所述智能模型车与前方障碍物之间的距离，

其中，所述多个子功能部至少含有一个具有避障判定功能并作为避障判定部的子功能部，

所述避障判定部包括避障控制信息存储单元以及障碍发生判定单元，所述避障控制信息存储有用于控制所述智能模型车绕开所述障碍物的避障控制信息，所述障碍发生判定单元用于判定所述距离是否小于预定距离，一旦所述障碍发生判定单元判定所述距离小于预定距离，所述执行控制部就控制所述移动模块基于被存储的所述避障控制信息进行避障移动。

5.根据权利要求1所述的智能模型车，其特征在于：其中，所述移动模块包括双路电机驱动器以及四个分别用于驱动相应车轮的直流电机，

所述双路电机驱动单元基于所述移动控制信息分别向各个所述直流电机输出相应的控制电压从而进行所述移动。

6.根据权利要求1所述的智能模型车，其特征在于，还包括：显示模块，设置在所述车本体上，其中，所述控制模块还包括显示输出部，所述执行控制部在控制所述路径分析生成部基于被暂存的所述当前路况图像分析所述智能模型车的移动路径并生成相应的移动控制信息时，还控制所述显示输出部将被暂存的所述当前路况图像输出给所述显示模块进行显示。

说明书

一种智能模型车

技术领域

[0001] 本发明涉及一种智能模型车。

背景技术

[0002] 对于目前的一些小型智能模型车，出于竞赛或是智能研究等目的，会要求这些智能模型车具有车载级要求，即、具备图像识别与道路寻迹等多种自主判断功能。

[0003] 因此，一些模型车采用了树莓派、英伟达等系列的微型服务器，从而保证在智能模型车具有足够的计算力来运行多个功能子程序。然而，树莓派、英伟达等系列的微型服务器
价格较贵，均在500元～1500元，相对于100元左右的单片机，小型模型车整体成本会大幅升
高。

[0004] 与之相对，若仅采用单片机作为小型模型车的控制芯片，则难以实现车载级要求。具体地，无论使用多进程同时运行多个功能子程序，还是单进程顺序控制多个功能子程序，
往往会在控制多个模块或者同时运行多个功能子程序时，导致其内存满载，从而使得单片
机的算力耗尽或者多进程冲突而发生卡死。

发明内容

[0005] 为解决上述问题，提供一种在使用低成本的单片机作为控制芯片时，也能保证多个功能模块正常运行并取得良好效果的智能模型车，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 本发明提供了一种智能模型车，其特征在于，包括：车本体；摄像模块，设置在车本体上并正对车本体的前方，用于进行实时拍摄从而采集智能模型车前方的路况图像；移动
模块，设置在车本体上，用于驱动智能模型车进行移动；控制模块，设置在车本体上，分别与
摄像模块以及移动模块电连接，其中，控制模块包括功能信息存储部、定时中断部、中断信
号暂存部、执行控制部、检索判定部、图像获取部、路况图像暂存部、路径生成部、以及分别
具有不同功能的多个子功能部，功能信息存储部存储有每个子功能部的功能名称以及表示
该子功能部的处理优先级的优先级信息，还存储有对应图像获取部的功能名称以及表示该
图像获取部的处理优先级的优先级信息，定时中断部包含分别与各个子功能部相对应的多
个计时单元，计时生成单元用于进行计时并在计时抵达预设的中断触发时长时生成一个与
子功能部的功能名称相对应的中断触发信号并由中断信号暂存部进行暂存，摄像模块在采
集到路况图像时发送一个与图像获取部的功能名称相对应的中断触发信号给控制模块并
由中断信号暂存部进行暂存，执行控制部控制检索判定部对中断信号暂存部进行检索并在
检索到中断触发信号时，基于所有被检索到的中断触发信号以及被存储的优先级信息与功
能名称判定出优先级最高的功能名称作为当前执行功能名称从而完成判断处理，一旦检索
判定部判定出当前执行功能名称，执行控制部就基于该当前执行功能名称控制相应的子功
能部或图像处理部执行对应功能，并在该对应功能执行完成后控制中断信号暂存部删除相
应的中断触发信号，进一步控制检索判定部再次进行判断处理，当当前执行功能名称对应
子功能部时，执行控制部还控制相应的计时生成单元再次进行计时，当执行控制部控制图
像处理部执行对应功能时，该图像获取部就从摄像模块获取到最新采集的路况图像并作为
当前路况图像暂存至路况图像暂存部中，当检索判定部没有在中断信号暂存部中检索到中
断触发信号时，执行控制部就控制路径分析生成部基于被暂存的当前路况图像分析智能模
型车的移动路径并生成相应的移动控制信息，并控制移动模块基于该移动控制信息进行移
动，进一步控制执行检索判定部再次进行判断处理。

[0007] 本发明提供的智能模型车，还可以具有这样的技术特征，其中，路况图像由多个像素行组成，图像获取部在获取路况图像并作为当前路况图像对路况图像暂存部进行更新
时，依次采集每一行的像素行并对路况图像暂存部中原先暂存的当前路况图像的相应像素
行进行更新直到所有的像素行都完成更新。

[0008] 本发明提供的智能模型车，还可以具有这样的技术特征，其中，多个子功能部至少含有一个具有红绿灯识别判定功能并作为红绿灯识别判定部的子功能部，红绿灯识别部对
应的优先级低于图像获取部对应的优先级，红绿灯识别部用于对路况图像暂存部中暂存的
当前路况图像进行识别并判定该当前路况图像中的红绿灯状态，一旦红绿灯识别部判定红
绿灯状态为红灯状态，执行控制部就控制移动模块停止移动。

[0009] 本发明提供的智能模型车，还可以具有这样的技术特征，超声波测距模块，设置在车本体的前方，用于检测智能模型车与前方障碍物之间的距离，其中，多个子功能部至少含
有一个具有避障判定功能并作为避障判定部的子功能部，避障判定部包括避障控制信息存
储单元以及障碍发生判定单元，避障控制信息存储有用于控制智能模型车绕开障碍物的避
障控制信息，障碍发生判定部用于判定距离是否小于预定距离，一旦障碍发生判定部判定
距离小于预定距离，执行控制部就控制移动模块基于被存储的避障控制信息进行避障移
动。

[0010] 本发明提供的智能模型车，还可以具有这样的技术特征，其中，移动模块包括双路电机驱动器以及四个分别用于驱动相应车轮的直流电机，双路电机驱动单元基于移动控制
信息分别向各个直流电机输出相应的控制电压从而进行移动。

[0011] 本发明提供的智能模型车，还可以具有这样的技术特征，还包括：显示模块，设置在车本体上，其中，控制模块还包括显示输出部，执行控制部在控制路径分析生成部基于被
暂存的当前路况图像分析智能模型车的移动路径并生成相应的移动控制信息时，还控制显
示输出部将被暂存的当前路况图像输出给显示模块进行显示。

[0012] 发明作用与效果

[0013] 根据本发明的智能模型车，由于在控制模块中通过中断信号暂存部对定时中断部以及摄像模块发送的中断触发信息进行暂存，并通过检索判定部判定对中断触发信号以及
相应的优先级信息进行检索判定，使得执行控制部能够根据中断触发信号执行对应的图像
获取部、路径生成部或是子功能部，因此，实现了让控制模块仅采用单线程完成对多个功能
进行有效执行的效果。通过本发明的智能模型车，使得智能模型车能够在选用了处理能力
较差的控制芯片从而降低成本的同时，也能够通过单线程运行所有程序从而保证智能模型
车能够实现多功能处理。

附图说明

[0014] 图1是本发明实施例中智能模型车的结构示意图；

[0015] 图2是本发明实施例中控制模块的电路连接图；

[0016] 图3是本发明实施例中控制模块的结构框图；以及

[0017] 图4是本发明实施例中智能模型车的整体控制流程图。

具体实施方式

[0018] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的智能模型车作具体阐述。

[0019] <实施例>

[0020] 图1是本发明实施例中智能模型车的结构示意图。

[0021] 如图1所示，智能模型车100包括车本体101、摄像模块102、超声波测距模块103、显示模块104、移动模块105、电源模块106以及控制模块107。

[0022] 车本体101为一个铝合金底盘，用于对智能模型车100的各个构成部件进行固定。在本发明其他方案中，车本体101还可以包括车体外壳等部件，从而对智能模型车100的各
个构成部件进行封装。

[0023] 摄像模块102设置在车本体101上并正对车本体101的前方(即智能模型车100前进的方向)，用于进行拍摄从而得到智能模型车前方的路况图像。本实施例中，摄像模块102选
用用COMS OV7825彩色摄像头，该摄像头安装铝合金底盘的中心线上，靠前端，镜头向下倾
斜，调整完毕后固定不能动。

[0024] 超声波测距模块103设置在车本体101的前方，用于感应智能模型车100与前方障碍物之间的距离。本实施例中，超声波测距模块103选用HC‑SR04超声波测距模块。

[0025] 显示模块104设置在车本体101上，用于显示摄像模块102拍摄到的路况图像。本实施例中，显示模块为一个TFT屏。

[0026] 移动模块105用于驱动智能模型车100进行移动，该移动模块105包括双路电机驱动器51以及四个分别用于驱动相应车轮的直流电机。

[0027] 本实施例中，双路电机驱动器51采用IRLR7943双路电机驱动模块，能够进行双路控制。当智能模型车100需要转向时，双路电机驱动器51就对位于智能模型车100两侧的直
流单元进行差速控制，其中，左前电机51、左后电机52为一路，右前电机53、右后电机54为一
路。IRLR7943双路电机驱动模块的输出电压视控制模块107对其PWM控制参数的设置而定量
变化。

[0028] 电源模块106设置在车本体101上，用于提供电源。本实施例中，电源模块106为3节18650电池组，能够提供12V直流电源。

[0029] 本实施例中，如图1所示，电源模块106与双路电机驱动器51(IRLR7943双路电机驱动模块)直连，并间接通过直流可调降压模块与控制模块107电连接，直流可调降压模块将
电源模块106输出的12V直流电源降为7.5V。

[0030] 控制模块107设置在车本体101上，用于进行分析处理并对摄像模块102、超声波测距模块103、显示模块104、移动模块105的工作进行控制。

[0031] 本实施例中，控制模块107采用恩智浦MK60DN512Z系列的单片机，同时安装在VE2型扩展板上，从而保护单片机防止其电压过载。

[0032] 本实施例中，控制模块107的各个引脚通过如图2所示的连接方式分别与摄像模块102、超声波测距模块103、显示模块104、移动模块105进行电连接，进而通过输出电信号对
各个模块的工作进行控制。本实施例中，每当摄像模块102采集到一个路况图像时，就会发
送一个中断触发信号给控制模块107(即PORTC口接收到低电平)。

[0033] 图3是本发明实施例中控制模块的结构框图。

[0034] 如图3所示，控制模块107包括功能信息存储部71、定时中断部72、中断信号暂存部73、执行控制部74、检索判定部75、图像获取部76、路况图像暂存部77、显示输出部78、路径
分析生成部79、分别具有不同功能的多个子功能部80、以及总控制部81。

[0035] 其中，总控制部80中存储有用于对控制模块107的各个构成部件的工作进行控制的计算机程序。

[0036] 本实施例中，子功能部80为两个，分别为一个具有避障判定功能并作为避障判定部80a的子功能部以及一个具有红绿灯识别判定功能并作为红绿灯识别判定部80b的子功
能部。

[0037] 功能信息存储部71存储有每个子功能部80的功能名称以及表示该子功能部的处理优先级的优先级信息，同时还存储有对应图像获取部76的功能名称以及优先级信息。

[0038] 本实施例中，图像获取部76具有的优先级信息为0优先级(最高)，避障判定部80a以及红绿灯识别判定部80b的优先级信息分别为1优先级以及2优先级。

[0039] 定时中断部72包含分别与各个子功能部80相对应的多个计时单元，每个计时生成单元都用于进行计时并在计时抵达预设的中断触发时长时生成一个包含相应子功能部80
的功能名称的中断触发信号。

[0040] 本实施例中，每个计时生成单元的中断触发时长都需要根据各个子功能部的实际功能以及执行时长进行对应设定，例如，对应避障判定部80a的计时生成单元72a所设定的
中断触发时长为500ms，对应红绿灯识别判定部80b的计时生成单元72b所设定的中断触发
时长为200ms。在进行设定时，中断触发时长的时长需要根据实际情况合理设置，例如该中
断触发时长必须大于各个子功能部80的处理时长，从而避免某个或多个子功能部80无限占
用控制模块107的处理时间。

[0041] 中断信号暂存部73用于对计时生成单元生成的中断触发信号以及从摄像模块102接收的中断触发信号进行暂存。

[0042] 执行控制部74用于对控制模块107中涉及功能执行的部件工作进行控制，具体对检索判定部75、图像获取部76、路况图像暂存部77、显示输出部78、路径分析生成部79以及
子功能部80的工作进行控制。

[0043] 检索判定部75用于对中断信号暂存部73进行检索并在检索到中断触发信号时，基于所有被检索到的中断触发信号以及在功能信息存储部71中存储的优先级信息与功能名
称，判定出优先级最高的功能名称作为当前执行功能名称，从而完成一次判断处理。

[0044] 一旦检索判定部75判定出当前执行功能名称，执行控制部74就基于该当前执行功能名称控制相应的子功能部80或是图像获取部76执行对应功能，并在该对应功能执行完成
后控制中断信号暂存部删除相应的中断触发信号，进一步控制检索判定部75再次进行判断
处理。

[0045] 本实施例中，执行控制部74在控制子功能部80执行对应功能后，还会控制与该子功能部80相对应的计时生成单元再次进行计时。

[0046] 当执行控制部74控制图像获取部76执行对应功能时，该图像获取部76就从摄像模块102获取到最新采集的路况图像并作为当前路况图像对路况图像暂存部77进行更新。

[0047] 本实施例中，路况图像暂存部77中仅存储有一个当前路况图像，在图像获取部76获取路况图像时，会依次采集每一行的像素行(路况图像由多个像素行构成)，并逐行对路
况图像暂存部77中原先暂存的当前路况图像的相应像素行进行更新直到所有的像素行都
完成更新。

[0048] 当检索判定部75没有在中断信号暂存部73中检索到中断触发信号时，执行控制部74就控制显示输出部78将路况图像暂存部77中暂存的当前路况图像发送给显示模块104进
行显示，控制路径分析生成部79基于路况图像暂存部77中暂存的当前路况图像，分析智能
模型车100的移动路径并生成相应的移动控制信息，并控制移动模块105基于该移动控制信
息进行移动，进一步控制检索判定部75再次进行判断处理。

[0049] 避障判定部80a包括避障控制信息存储单元以及障碍发生判定单元。其中，避障控制信息存储单元存储有用于控制智能模型车100绕开障碍物的避障控制信息。

[0050] 当执行控制部74控制避障判定部80a执行对应功能时，障碍发生判定单元就判定超声波测距模块103检测到的距离是否小于预定距离。本实施例中，预定距离优选为5cm。

[0051] 进一步，一旦障碍发生判定单元判定距离小于预定距离，执行控制部74就控制移动模块105基于被存储的避障控制信息进行避障移动。若障碍发生判定单元判定距离不小
于预定距离，执行控制部74就不对移动模块105进行额外控制从而让移动模块105继续按原
先方案进行移动。

[0052] 当执行控制部74控制红绿灯识别判定部80b执行对应功能时，红绿灯识别判定部80b就对路况图像暂存部77中暂存的当前路况图像进行识别并判定该当前路况图像中的红
绿灯状态.

[0053] 一旦红绿灯识别部80b判定红绿灯状态为红灯状态，执行控制部74就控制移动模块停止移动。

[0054] 一旦红绿灯识别部80b判定红绿灯状态为绿灯状态或无红绿灯状态，执行控制部74就不对移动模块105进行额外控制从而让移动模块105继续按原先方案进行移动。

[0055] 图4是本发明实施例中智能模型车的整体控制流程图，

[0056] 如图4所示，当智能模型车100被启动后，开始如下步骤：

[0057] 步骤S1，初始化控制模块107的时钟频率,总线时钟频率为180MHz，然后进入步骤S2；

[0058] 步骤S2，将摄像模块102(即摄像头)、超声波测距模块103、显示模块104(即TFT屏)、移动模块105(即电机)进行初始化，然后进入步骤S3；

[0059] 步骤S3，将控制模块107中计时生成单元72a(即PIT0号定时中断器)以及计时生成单元72b(即PIT1号定时中断器)初始化，然后进入步骤S4；

[0060] 步骤S4，执行控制部74控制检索判定部75用于对中断信号暂存部73进行检索并判定是否存在中断触发信号，若存在终端信号则进入步骤S5，若不存在则进入步骤S9；

[0061] 步骤S5，检索判定部75在检索到中断触发信号时基于所有被检索到的中断触发信号以及在功能信息存储部71中存储的优先级信息与功能名称，判定出优先级最高的功能名
称作为当前执行功能名称，若当前执行功能名称对应图像获取部76则进入步骤S6，若当前
执行功能名称对应避障判定部80a则进入步骤S7，若当前执行功能名称对应红绿灯识别部
80b则进入步骤S8；

[0062] 步骤S6，图像获取部76从摄像模块102获取到最新采集的路况图像并作为当前路况图像对路况图像暂存部77进行更新，然后进入步骤S4；

[0063] 步骤S7，避障判定部80a判定超声波测距模块103检测到的距离是否小于预定距离，并在判定距离小于预定距离时由执行控制部74控制移动模块105进行避障移动，然后进
入步骤S4；

[0064] 步骤S8，红绿灯识别判定部80b对路况图像暂存部77中暂存的当前路况图像进行识别并判定该当前路况图像中的红绿灯状态，并由执行控制部74基于判定出的红绿灯状态
进行对应控制，然后进入步骤S4；

[0065] 步骤S9，执行控制部74控制显示输出部78将路况图像暂存部77中暂存的当前路况图像发送给显示模块104进行显示，然后进入步骤S10；

[0066] 步骤S10，执行控制部74控制路径分析生成部79基于路况图像暂存部77中暂存的当前路况图像，分析智能模型车100的移动路径并生成相应的移动控制信息，并控制移动模
块105基于该移动控制信息进行移动，然后进入步骤S4。

[0067] 上述过程在智能模型车100启动时不断循环执行，直到智能模型车100被关闭后进入结束状态。

[0068] 实施例作用与效果

[0069] 根据本实施例提供的智能模型车，由于在控制模块中通过中断信号暂存部对定时中断部以及摄像模块发送的中断触发信息进行暂存，并通过检索判定部判定对中断触发信
号以及相应的优先级信息进行检索判定，使得执行控制部能够根据中断触发信号执行对应
的图像获取部、路径生成部或是子功能部，因此，实现了让控制模块仅采用单线程完成对多
个功能进行有效执行的效果。通过本发明的智能模型车，使得智能模型车能够在选用了处
理能力较差的控制芯片从而降低成本的同时，也能够通过单线程运行所有程序从而保证智
能模型车能够实现多功能处理。

[0070] 上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。

[0071] 例如，在上述实施例中，子功能部避障判定部以及红绿灯识别判定部。为了使本发明的智能模型车具备更多功能，还可以设置有对应其他功能的子功能部并设定相应的功能
名称以及处理优先级，例如，具有其他标志识别(如交通标志、人行道)、WiFi控制、语音控制
等功能的子功能部。