1第五屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽基于電磁場檢測的自主尋跡智能車設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告學(xué)校合肥工業(yè)大學(xué)隊(duì)伍名稱電磁隊(duì)參賽隊(duì)員褚向華楊冰劉丹帶隊(duì)教師張陽史久根2關(guān)于技術(shù)報(bào)告和研究論文使用授權(quán)的說明本人完全了解第四屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車邀請賽關(guān)保留、使用技術(shù)報(bào)告和研究論文的規(guī)定，即參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽組委會和飛思卡爾半導(dǎo)體公司可以在相關(guān)主頁上收錄并公開參賽作品的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)報(bào)告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在組委會出版論文集中。參賽隊(duì)員簽名帶隊(duì)教師簽名日期3目錄第一章引言111研究背景介紹112研究內(nèi)容和意義113章節(jié)安排2第二章智能車跑道電源設(shè)計(jì)2第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)631硬件設(shè)計(jì)概述632處理器模塊設(shè)計(jì)733路徑探測模塊設(shè)計(jì)8331感應(yīng)電路設(shè)計(jì)10332放大電路設(shè)計(jì)12333濾波電路設(shè)計(jì)14334二值化電路設(shè)計(jì)15335電感的選擇1634直流電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)1635舵機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)1736測速模塊設(shè)計(jì)1837無線通訊模塊設(shè)計(jì)1838電源管理模塊設(shè)計(jì)19第四章智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2041探測數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)2042電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)21421位置式PID算法22422增量式PID算法2243舵機(jī)控制程序設(shè)計(jì)2644通訊程序設(shè)計(jì)2645智能車系統(tǒng)流程圖27第五章智能車系統(tǒng)調(diào)試28451路徑探測模塊調(diào)試2852舵機(jī)調(diào)試3153直流電機(jī)控制及測速調(diào)試3154系統(tǒng)調(diào)試32第六章模型車的各項(xiàng)參數(shù)32第七章結(jié)論33附件參考文獻(xiàn)34程序351第一章引言11研究背景介紹本課題來源于“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽。“飛思卡爾”杯智能車競賽是教育部為了加強(qiáng)大學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)而舉辦的面向全國大學(xué)生的智能汽車比賽。“飛思卡爾”杯智能車大賽從2006年開始舉辦，今年是第五屆。該競賽是為了提高大學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力而舉辦的，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在2006年至2009年舉辦的“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽中，參賽的隊(duì)伍分光電組和攝像頭組兩個組別。2010年將要舉辦的第五屆飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽增加了新的組別“電磁組”。根據(jù)比賽技術(shù)要求，參加電磁組競賽的選手設(shè)計(jì)的智能車要能夠檢測到道路中線下導(dǎo)線中20KHZ交變電流產(chǎn)生的磁場來導(dǎo)引小車沿著道路行駛。12研究內(nèi)容和意義本系統(tǒng)研究的內(nèi)容有跑道電源設(shè)計(jì)、智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和智能車系統(tǒng)調(diào)試。在平時調(diào)試過程和比賽中，需要能夠滿足比賽技術(shù)要求的可以提供20KHZ的脈沖信號的電源驅(qū)動賽道中心線下的導(dǎo)線。本課題要求設(shè)計(jì)出能夠滿足比賽技術(shù)要求的電源。智能車要能夠完成路徑識別、舵機(jī)驅(qū)動、直流電動機(jī)驅(qū)動、小車行駛速度測量、無線通訊和永磁鐵位置探測等功能。本課題要求設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能的電路，完成相應(yīng)程序的編寫，完成系統(tǒng)的整體調(diào)試。該競賽與其他全國競賽的不同之處在于它是以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉的科技創(chuàng)意性比賽，這對進(jìn)一步深化高等工程教育改革，培養(yǎng)本科生獲2取知識、應(yīng)用知識的能力及創(chuàng)新意識有重要意義。智能車的研究很有應(yīng)用前景，對無人駕駛汽車控制的研究能起到引導(dǎo)的作用。同時對提高駕駛安全，提升汽車功能等的研究具有重要意義。為了滿足該組別的參賽要求，將對該項(xiàng)課題進(jìn)行研究，使賽車具備參賽能力。13章節(jié)安排本技術(shù)報(bào)告總共分為七個章節(jié)。第一章節(jié)是引言，主要介紹研究背景、內(nèi)容及意義等。第二章節(jié)是智能車跑道電源設(shè)計(jì)說明，主要內(nèi)容是對跑道路徑設(shè)計(jì)的概述。第三章節(jié)是智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)說明，主要對小車系統(tǒng)的各個模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行概述，包括處理器、路徑探測、直流電機(jī)、舵機(jī)、測速、無線通信、電源管理等模塊，其中重點(diǎn)闡述路徑探測模塊。第四章節(jié)是智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明，主要內(nèi)容是智能模型車設(shè)計(jì)中探測數(shù)據(jù)的處理、電機(jī)和舵機(jī)的控制理論、算法說明和程序的框架等。第五章節(jié)智能車系統(tǒng)調(diào)試的說明，主要內(nèi)容是路徑探測、電機(jī)、舵機(jī)、測速的調(diào)試，以及系統(tǒng)的整體調(diào)試。第六章節(jié)是模型車的各項(xiàng)參數(shù)，包括車?；境叽?，電路功耗以電容總?cè)萘康?。第七章?jié)是結(jié)論，對本模型車的特點(diǎn)、存在的問題、可行的改進(jìn)措施等。第二章智能車跑道電源設(shè)計(jì)在平時調(diào)試的過程和比賽中，需要可以提供20KHZ的方波信號的電源驅(qū)動賽道中心線下的導(dǎo)線。接通電源后，賽道中心線下的導(dǎo)線中有交變的電流流過。變化的電流在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生變化的磁場。小車能夠檢測到這種磁場來沿著路徑行駛。跑道電源的技術(shù)要求如下31）驅(qū)動賽道中心線下鋪設(shè)的0103MM直徑的導(dǎo)線；2）頻率范圍20KHZ2KHZ；第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告33）有效電流范圍50100MA。跑道電源主要有振蕩電路、功率放大電路、恒流控制電路等部分組成，如圖21所示。圖21跑道電源框圖電阻R1、R2共同用于調(diào)節(jié)振蕩電路輸出脈沖信號的頻率和占空比。調(diào)節(jié)R1、R2的阻值可以使振蕩電路輸出20KHZ的方波信號。功率放大電路時被放大。功率放大電路用于放大振蕩電路的輸出信號。R3用于調(diào)節(jié)流經(jīng)輸出端所接導(dǎo)線的電流。跑道電源的振蕩電路是利用電容充放電原理設(shè)計(jì)的。振蕩電路原理圖如圖22所示。圖22振蕩電路原理圖當(dāng)NET0端為低電平時，NET1端為高電平，NET2端為低電平。此時，有電流第二章智能車跑到電源設(shè)計(jì)4流經(jīng)R2、D1對電容充電，充電時間與R2、C1的值成正比關(guān)系。隨著充電過程的進(jìn)行，NET0端的電壓不斷升高。當(dāng)NET0端的電壓達(dá)到一定值后，NET1端的電壓開始降低。NET1端電壓降低到一定值后，NET2端電壓開始升高。當(dāng)NET2端的電壓升高后，NET0端的電壓進(jìn)一步升高。這又促使NET1端的電壓進(jìn)一步降低，促使NET2端的電壓進(jìn)一步升高。最后NET0、NET2端變?yōu)楦唠娖?。?dāng)NET0端的電壓變?yōu)楦唠娖胶螅须娏鲝腘ET0端經(jīng)R1、D2流向NET1，電容開始放電。電容放電時間與R1、C1的值成正比關(guān)系。隨著放電過程的進(jìn)行，NET0端的電壓不斷降低。當(dāng)NET0端的電壓降到一定值后，NET1端的電壓開始升高。當(dāng)NET1端的電壓升高到一定值后，NET2端的電壓開始降低。NET2端的電壓降低，促使NET0端的電壓進(jìn)一步降低。這又促使NET1端的電壓進(jìn)一步升高，促使NET2端的電壓進(jìn)一步降低。最后NET0、NET2端變?yōu)榈碗娖健ｋ娙軨1的充電放電過程是重復(fù)進(jìn)行的，因此NET2端不斷有高低電平產(chǎn)生。非門NOT3將NET2端的電平轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平，NET4端有相反的邏輯電平產(chǎn)生。振蕩電路產(chǎn)生的信號用L298N驅(qū)動集成電路來放大。功率放大原理圖如圖23所示。INPUT1口、INPUT2口分別接振蕩電路的NET3、NET4端。EN_A為使能端，高電平使能。SE_A端接恒流控制電路。OUT1、OUT2端接導(dǎo)線。圖23功率放大原理圖當(dāng)INPUT1端為高電平時，INPUT2端為低電平。從圖24可以看出，此時第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告5OUT1端輸出高電平，OUT2端輸出低電平。若用導(dǎo)線連接OUT1和OUT2，將有電流從OUT1流向OUT2。當(dāng)INPUT1端為低電平時，INPUT2端為高電平。此時，OUT1端輸出低電平，OUT2端輸出高電平。若用導(dǎo)線連接OUT1端和OUT2端，將有電流從OUT2端流向OUT1端。因此，OUT1端和OUT2端有矩形波信號產(chǎn)生，矩形波頻率與振蕩電路輸出的方波信號頻率相同。矩形波信號有正電平和負(fù)電平，如圖24所示。圖24OUT1端和OUT2端輸出信號波形對功率放大電路的恒流控制是利用三極管的電流放大特性實(shí)現(xiàn)的。恒流控制電路原理圖如圖25所示。圖25恒流控制電路原理圖調(diào)節(jié)電位器R22，可以調(diào)節(jié)三極管射極輸出電流。三極管的MA端接L298N的SE_A端，因此三極管Q21對L298N的輸出電流有限制作用。通過調(diào)節(jié)電位器R22，可以控制L298N的最大輸出電流。當(dāng)賽道的長度發(fā)生變化時，賽道中心線下導(dǎo)線的阻值也隨之發(fā)生變化。當(dāng)導(dǎo)線的阻值較小時，采用12V直流電源為L298N的VS端供電，可以滿足電流要求。當(dāng)導(dǎo)線的阻值超過200時，適宜采用更高電壓直流電源為L298N的VS端供電，例如25V直流電源。6第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)31硬件設(shè)計(jì)概述為了實(shí)現(xiàn)尋跡的目的，電磁小車應(yīng)該具備探測路徑信息的功能，并根據(jù)測得的路徑信息進(jìn)行方向控制。小車的前進(jìn)動力是直流電機(jī)提供的，為了更好的控制行駛速度，小車應(yīng)具備測量速度的功能。為了更好的了解小車行駛的信息，需要將小車的一些數(shù)據(jù)通過無線通訊的方式發(fā)送到PC機(jī)。同時需要對各個模塊提供不同的電壓。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，小車應(yīng)具有處理器模塊、路徑探測模塊、直流電機(jī)驅(qū)動模塊、舵機(jī)驅(qū)動模塊、測速模塊、無線通訊模塊和電源管理模塊等。智能車系統(tǒng)硬件框圖如圖31所示。電源管理模塊直流電機(jī)驅(qū)動模塊測速模塊MC9S12XS128路徑探測模塊舵機(jī)驅(qū)動模塊無線通訊模塊PC機(jī)圖31智能車系統(tǒng)硬件框圖處理器芯片選用的是MC9S12XS128單片機(jī)，處理器模塊主要完成路徑探測信號的處理、直流電機(jī)和舵機(jī)的控制、與PC通訊等功能。路徑探測模塊通過探測跑道電源的磁場完成路徑探測的功能。舵機(jī)驅(qū)動模塊完成改變智能車前進(jìn)方向的功能。直流電機(jī)模塊為智能車提供前進(jìn)動力。測速模塊定時測量智能車的7前進(jìn)速度。無線通訊模塊完成將單片機(jī)發(fā)出的信號轉(zhuǎn)發(fā)給PC機(jī)并將PC機(jī)發(fā)出的信號轉(zhuǎn)發(fā)給單片機(jī)的功能。電源管理模塊提供給各個模塊所需的電壓。32處理器模塊設(shè)計(jì)MC9S12XS128單片機(jī)有112引腳和80引腳兩種封裝。本系統(tǒng)選用的是112引腳LQFP封裝的單片機(jī)。LQFP112引腳封裝MC9S12XS128MCU的特性128KFLASH8KBRAM2KBDATAFLASH16通道、12位ATD8路帶有輸入捕捉、輸出比較功能的定時器8路、8位或4路、16位PWM1路1MBPSCAN20總線模塊2路SCI1路SPI最多91個GPIO本系統(tǒng)采用5V電源為單片機(jī)供電，采用IMP811LEUST芯片作為電源監(jiān)控芯片。IMP811是在低功耗微處理器、微控制器和數(shù)字系統(tǒng)中用來監(jiān)視30V、33V和50V電源工作的低功耗監(jiān)控電路，具有去抖動的手動復(fù)位輸入。只要電源電壓降至預(yù)置的復(fù)位門限以下時，該電路就發(fā)出一個復(fù)位信號并在電源已經(jīng)升高到此復(fù)位門限后至少保持這個信號140MS。IMP811具有低電平有效的RESET輸出。器件具有緊湊的4引腳SOT143封裝，僅占用極小的電路板空間，是便攜式及電池供電設(shè)備的理想選擇。路徑識別模塊輸出的是十二位數(shù)字信號。十二位數(shù)字信號經(jīng)單片機(jī)的PAD00PAD11I/O口傳輸給單片機(jī)。PAD00PAD11端各接一個濾波電容，用7于第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8濾除噪聲的干擾，如圖32所示。圖32PAD00PAD11和PT0接口電路利用撥碼開關(guān)設(shè)定參數(shù)，完成對單片機(jī)的控制。撥碼開關(guān)電路如圖33所示。撥碼開關(guān)有八位，每位可以獨(dú)立開合。PH0PH7端分別接單片機(jī)的PH0PH7I/O端口。當(dāng)開關(guān)閉合時，相應(yīng)端為低電平。當(dāng)開關(guān)斷開時，相應(yīng)端為高電平。改變撥碼開關(guān)的開合狀態(tài)，可以改變單片機(jī)PH口的值，單片機(jī)根據(jù)從PH口讀到的值進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而實(shí)現(xiàn)了對單片機(jī)的控制。圖33撥碼開關(guān)電路33路徑探測模塊設(shè)計(jì)賽道中心線下的導(dǎo)線是用可以提供20KHZ的脈沖信號的跑道電源驅(qū)動的。導(dǎo)線中有變化的電流流過，從而在跑道周圍產(chǎn)生變化的磁場。路徑識別模塊能夠探測到這個變化的磁場，并將探測到的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。由于通過漆包線的是脈沖信號，流過漆包線的電流在某一時刻是恒定的。當(dāng)通過漆包線的電流處于恒定狀態(tài)時，產(chǎn)生的磁場很小，為107GS（距離漆包線1CM處）。市場上出售的價(jià)位較低的磁傳感器的分辨率多為103GS；分辨率高的磁傳感器價(jià)格昂貴不適合用來參與比賽。采用何種方案探測磁場將最終影響第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告9智能車的性能。目前探測磁場的方法主要有A電磁感應(yīng)法電磁感應(yīng)法是以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)的磁場測量方法，即使用電感或者線圈進(jìn)行探測。它的靈敏度取決于鐵心材料的磁導(dǎo)率、線圈的面積和匝數(shù)。B霍爾效應(yīng)法霍爾效應(yīng)是指當(dāng)外磁場垂直于金屬或半導(dǎo)體中流過的電流時,會在金屬或半導(dǎo)體中垂直于電流和外磁場方向產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。利用集成霍爾元件可以檢測大小103GS的恒定或者交變磁場。C磁阻效應(yīng)法磁阻效應(yīng)是指某些金屬或半導(dǎo)體材料在磁場中其電阻隨磁場增加而升高的現(xiàn)象。而所謂“磁阻”,就是由外磁場的變化而引起的電阻變化。具體測量中,如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償,測量的準(zhǔn)確度可以達(dá)到001,并有105T的分辨力。D電磁復(fù)合效應(yīng)法電磁復(fù)合效應(yīng)法是利用電磁復(fù)合器件在磁場作用下其內(nèi)阻發(fā)生變化的原理來測量磁場的方法。目前,電磁復(fù)合器件已經(jīng)做成磁敏二極管、磁敏三極管和磁敏MOSFET管等多種器件形式。電磁復(fù)合效應(yīng)法主要用于弱磁場的測量,是因?yàn)槠渚€性特性好、靈敏度高甚至比霍爾器件還靈敏。B、C、D三種方案不適合用來測量這種強(qiáng)度的磁場。流經(jīng)導(dǎo)線的電流變化時，導(dǎo)線周圍的磁場也隨之發(fā)生變化。在導(dǎo)線的附近放一個線圈，有磁場穿過線圈。記線圈的磁通量為。電流變化所用的時間十分短。在時間內(nèi)，磁TDTD通量也發(fā)生變化，記變化量為。由法拉第電磁感應(yīng)定律公式（公式31）TDKE第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告9第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10可知，當(dāng)磁場變化時，在導(dǎo)線附近的線圈中有較大的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。因此可以采用電磁感應(yīng)法探測磁場來實(shí)現(xiàn)路徑識別。路徑探測模塊的信號流經(jīng)四個部分。線圈感應(yīng)變化的磁場得到電磁感應(yīng)信號；放大電路對電磁感應(yīng)信號進(jìn)行放大；放大后的信號經(jīng)過濾波后，變?yōu)榻频闹绷餍盘枺蛔詈螅容^電路將信號進(jìn)行二值化。路徑探測模塊的信號流程圖如圖34所示。路徑探測模塊共有十二路這樣的信號通道。電磁感應(yīng)信號信號放大信號濾波數(shù)據(jù)二值化圖34路徑探測模塊的信號流程框圖331感應(yīng)電路設(shè)計(jì)將電感按圖35所示的位置放置，當(dāng)導(dǎo)線接到跑道電源輸出端時，電感的兩端有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生。電感兩端的輸出信號波形如圖36所示圖35電感的放置位置第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告11圖36電感在兩端的輸出信號從圖36可以看出電感兩端輸出的信號比較復(fù)雜，需要對信號做進(jìn)一步處理。從示波器觀察到的波形可知，這種信號是由多種頻率的波形組成的。其中頻率為20KHZ的信號強(qiáng)度較大。因此，可以采用電感電容并連組成的選頻網(wǎng)絡(luò)，提取其中頻率為20KHZ的信號。當(dāng)信號頻率較低時，電容的容抗很大，選頻網(wǎng)絡(luò)成感性；當(dāng)信號的頻率較高時，電感的感抗很大，選頻網(wǎng)絡(luò)成容性；只有當(dāng)信號頻率F與選頻網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等時，選頻網(wǎng)絡(luò)才成純阻性，且阻抗無窮大。這時電路產(chǎn)生電流諧振，電容的電場能轉(zhuǎn)化為電感的磁場能，而電感的磁場能轉(zhuǎn)化為電容的電場能，兩種能量相互轉(zhuǎn)化。選頻網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率應(yīng)為0F20KHZ。根據(jù)公式32（公式32）可以選定電感電容的參數(shù)。電容容質(zhì)愈小，電感感值愈大時，選頻網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)Q愈大，選頻特性愈好。圖37是LC選頻網(wǎng)絡(luò)電路圖和示波器顯示的OUT端輸出的波形。圖37LC選頻網(wǎng)絡(luò)電路圖和示波器顯示的OUT端輸出的波形LC21F0第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12導(dǎo)線周圍的磁場，距導(dǎo)線越遠(yuǎn)，強(qiáng)度越弱，在電感中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越弱。將電感按圖37所示的位置放置，15表示五個相同的電感，導(dǎo)線垂直穿過電感所在的平面，其中通有跑道電源的驅(qū)動電流。測量每一對電感電容組成的選頻網(wǎng)絡(luò)輸出信號的峰峰值。測量得到的數(shù)據(jù)如表32所示。圖38電感的放置位置示意圖表32測得的正弦波信號峰峰值電感編號12345峰峰值（MV）3402801801201001號位置的電感在導(dǎo)線的正上方，磁通量變化最大，有最大的峰值電壓輸出。5號位置的電感磁通變化量最小，輸出的電壓峰峰值最小。輸出電壓信號強(qiáng)度從1號電感到5號電感遞減。將電感放在導(dǎo)線右側(cè)對稱位置進(jìn)行測量，可以得到相同的數(shù)據(jù)。332放大電路設(shè)計(jì)第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告13由表32可以看出，電感輸出的電壓為幾百M(fèi)V，輸出電壓比較小，不利于后續(xù)電路的處理，需要對信號進(jìn)行放大。放大電路的原理圖如圖39所示，圖39放大電路原理圖INPUT端接電感的輸出信號，OUTPUT端為放大后的輸出信號。根據(jù)公式33可以計(jì)算出放大的倍數(shù),公式33放大后的輸出波形如圖310所示。電感仍按圖38所示位置放置，放大后的輸出信號峰值如表33所示。表33放大后的信號峰值電感編號12345峰值（V）220150072050010放大后的信號峰值最大值超過了2V，1號電感的輸出值與2號電感的輸出值的區(qū)分度約為07V，2號電感的輸出值與3號電感的輸出值區(qū)分度約為08V。這樣的區(qū)分度有利于后續(xù)電路的處理。1230UR）（第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14圖310放大后的輸出波形表34濾波電路輸出的信號強(qiáng)度電感編號12345峰峰值（V）183122056023006333濾波電路設(shè)計(jì)放大后的信號是半波信號。如果對放大后的信號進(jìn)行濾波，可以得到近似的直流信號。將直流信號接入比較器輸入端進(jìn)行比較，可以得到二值化的信號。二值化的信號只有邏輯0和邏輯1,單片機(jī)可以直接處理這種信號。濾波電路如圖311所示。INPUT端接入放大以后的信號，濾波電路OUTPUT端輸出的信號強(qiáng)度如表34所示。圖311濾波電路原理圖第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告15334二值化電路設(shè)計(jì)二值化電路完成將采集信號數(shù)字化的功能。二值化電路原理圖如圖312所示。圖312二值化電路原理圖調(diào)節(jié)S1可以改變設(shè)定的閾值。IN端接濾波以后的信號，當(dāng)IN端的信號大于設(shè)定的閾值時，輸出為高電平，當(dāng)IN端的信號小于設(shè)定的閾值時，輸出為低電平。例如，參照表34測得的數(shù)據(jù)，若閾值設(shè)定為05V時，處于圖39所示的1和2位置的電感的二值化電路的輸出端為高電平；其他位置的電感的二值化電路的輸出端為低電平。第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)16工字型電感色環(huán)電感圖313工字型電感和色環(huán)電感335電感的選擇市場常見的電感主要有兩種工字型電感和色環(huán)電感，如圖313所示。工字型電感磁通面積大，可以產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動勢，但是工字型電感重量大，降低了智能車的動態(tài)性能，而且不同電感之間有較大的相互干擾。色環(huán)電感重量相對來說要輕得多，并且相互之間的干擾較小。雖然色環(huán)電感的磁通面積較小，導(dǎo)致輸出的感應(yīng)電動勢較小，但可以采用對信號進(jìn)行放大的方式來彌補(bǔ)這個缺陷。34直流電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)直流電機(jī)驅(qū)動芯片選用的是MC33887電機(jī)驅(qū)動芯片。為了增加對直流電機(jī)的驅(qū)動能力，在MC33887的輸出端又增加了IRFZ48N型MOS管。IRFZ48N屬于壓控器件，控制電壓越高，IRFZ48N的導(dǎo)通電阻越低。直流電機(jī)驅(qū)動模塊原理圖如圖314所示。圖314直流電機(jī)驅(qū)動模塊原理圖當(dāng)PWM3端有脈沖輸入時，PWM7端接低電平。此時，OUT2端有脈沖信號產(chǎn)第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告17生，OUT1端輸出低電平，MOS管Q12、Q13、Q14導(dǎo)通，MOS管Q11、Q15、Q16截止，電流經(jīng)Q12流向Q13、Q14，直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)PWM7端有脈沖輸入時，PWM3端接低電平。此時，OUT1端有脈沖信號產(chǎn)生，OUT2端輸出低電平，MOSQ11、Q15、Q16管導(dǎo)通，MOS管Q12、Q13、Q14截止，電流經(jīng)Q11流向Q15、Q16，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。35舵機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)舵機(jī)通常有三條控制線，分別為電源線、地線及控制線。如圖315所示，紅色的線為電源線，白色的為控制線，黑色的為地線。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達(dá)及控制線路所需的能源控制線上輸入一個周期性的正向脈沖信號，這個周期性脈沖信號的高電平時間通常在1MS2MS之間，而低電平時間應(yīng)在5MS20MS之間，并不很嚴(yán)格，和舵機(jī)的型號有關(guān)。圖316表示出一個典型的20MS周期性脈沖的正脈沖寬度與舵機(jī)的轉(zhuǎn)的角度的關(guān)系。315S3010型舵機(jī)照片圖316舵機(jī)轉(zhuǎn)動角度本系統(tǒng)的舵機(jī)驅(qū)動電源是由電池電源經(jīng)過兩個二極管分壓后得到的，如圖317所示。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，用這種電路驅(qū)動S3010型舵機(jī)，性能可靠且電路簡單，舵機(jī)轉(zhuǎn)動15角所用的時間約為25MS。PP5（1端口）接舵機(jī)的控制線。在電路中PP5接的是單片機(jī)的PWM5通道。單片機(jī)通過這一端口，將位置脈沖發(fā)送給舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)的控制。第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)18圖317舵機(jī)驅(qū)動電路36測速模塊設(shè)計(jì)智能車選用的是NEMICON編碼器，圖318是編碼器的照片。紅色的線是電源線，黑色的線是地線，綠色的線是信號線。編碼器每轉(zhuǎn)一周輸出100個TTL電平脈沖信號。將編碼器的信號線接到單片機(jī)的PT7口，只需加一個上拉電阻，就可以利用編碼器測量小車速度了。編碼器接口電路如圖319所示。圖318本系統(tǒng)所用的編碼照片圖319編碼器接口電路37無線通訊模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選用的無線通訊模塊是XL02232AP1無線通訊模塊。XL02232AP1無線通訊模塊具有收發(fā)功能，通訊距離為300米，工作頻率為42884351MHZ，支持ID設(shè)置。XL02232AP1無線通訊模塊接口定義如表35所示。按照表35將無線通訊模塊與單片機(jī)端口連接后，就可以對無線通訊模塊進(jìn)行操作了。無線通訊模塊接口見圖320，PS0端接單片機(jī)RXD口，第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)18PS1端接單片機(jī)TXD口。第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告19這兩根線用于完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收功能。表35XL02232AP1無線通訊模塊接口定義管腳定義說明電平備注1VCC電源5V模塊的第一個方型焊盤2GND地GND3TXD模塊數(shù)據(jù)輸出（接用戶的RXDTTL4RXD模塊數(shù)據(jù)輸入（接用戶的TXDTTL5SET設(shè)置時拉低，平時懸空進(jìn)入設(shè)置模式時，請先將此端口拉低，再給模塊上電，此時綠燈長亮。6GND地GND7NC不連接借助串口助手軟件，可以方便實(shí)現(xiàn)智能車與PC的通訊。智能車使用無線通訊模塊可以實(shí)時地將行駛的狀態(tài)信息發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)可以實(shí)時發(fā)出指令信息控制智能車。圖320無線通訊模塊的接口38電源管理模塊設(shè)計(jì)智能車電池提供的是72V的電壓。為了使智能車正常工作，需要將72V的電壓轉(zhuǎn)化為5V的電壓。智能車系統(tǒng)用的穩(wěn)壓芯片是UPC24A05。UPC24A05可以提供較大的穩(wěn)壓電流，具有較好的穩(wěn)壓性能。5V穩(wěn)壓電路如圖321所示第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)20圖3215V穩(wěn)壓電路SW_72V_IN是電源總開關(guān)，用于控制整個系統(tǒng)的電源的通斷。電池的電壓是72V，經(jīng)過UPC24A05的穩(wěn)壓作用，OUT端的電壓穩(wěn)定在5V左右。LED燈D_72V是總電源通斷指示燈；LED燈D_5V是5V穩(wěn)壓輸出指示燈。第四章智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件只是智能車系統(tǒng)的一部分，要實(shí)現(xiàn)智能車系統(tǒng)預(yù)期的功能，還需對智能車系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。智能車系統(tǒng)軟件主要包括路徑探測數(shù)據(jù)處理程序、舵機(jī)驅(qū)動程序、直流電機(jī)驅(qū)動程序、通訊程序、智能車行駛速度測量程序。其中包含一些程序算法的設(shè)計(jì)舵機(jī)采用了PD控制算法、直流電機(jī)采用了PID控制算法。41探測數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)路徑識別模塊有十二路數(shù)據(jù)通道，分別接到單片機(jī)的PAD00PAD11口上。當(dāng)小車處于相對于導(dǎo)線不同的位置時，路徑識別模塊共有二十三組不同的數(shù)據(jù)輸出0X0001、0X0003、0X0002、0X0006、0X0004、0X000C、0X0008、0X0018、0X0010、0X0030、0X0020、0X0060、0X0040、0X00C0、0X0080、0X0180、0X0100、0X0300、0X0200、0X0600、0X0400、0X0C00、0X0800。探測數(shù)據(jù)處理程序完成依次將這二十三組數(shù)據(jù)編碼為123號的功能。編碼后的對應(yīng)關(guān)系表如表41第三章智能車系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)20所示。第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告21表41編碼對應(yīng)關(guān)系表編號12345678PT01AD0口的值00010003000200060004000C00080018編號910111213141516PT01AD0口的值0010003000200060004000C000800180編碼17181920212223PT01AD0口的值010003000200060004000C000800這樣可以根據(jù)從PT01AD0口讀到的值，得到一組具有線性關(guān)系的數(shù)123二十三個數(shù)。這便于后續(xù)程序的處理。42直流電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)PID控制是模擬控制中最常用的控制規(guī)律。圖41是PID控制系統(tǒng)原理圖。YT是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，RT是給定值，ET是給定值與實(shí)際輸出值的差值。ETRTYT（公式41）ET作為PID控制的輸入，UT作為PID控制器的輸出和被控對象的輸入。PID的控制規(guī)律為公式42TEDT0TIPT1EKTU為PID系統(tǒng)比例系數(shù)，為PID系統(tǒng)積分系數(shù)，為PID系統(tǒng)微分系數(shù)。第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告21圖41PID控制系統(tǒng)第四章智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22比例環(huán)節(jié)的作用是調(diào)整瞬間偏差。偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用，使偏差向減少的方向變化?？刂谱饔玫膹?qiáng)弱取決于比例系數(shù)，比例系數(shù)越PKP大，控制作用越強(qiáng)，則過渡過程越快，控制過程的靜態(tài)偏差也就越小。但是過大，容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，必須恰當(dāng)選擇比例系數(shù)PK，才能減少過渡時間，并得到靜差小而又穩(wěn)定的效果。只要有偏差存在，積分部分的控制作用就會不斷地增強(qiáng)；只有在偏差0TE時，控制器的積分才能是一個常數(shù)，控制作用才是一個不會增加的常數(shù)?？梢?，積分部分可以消除系統(tǒng)的偏差。但是，積分部分也會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。積分常數(shù)越大，積分的積累作用越弱，這時系統(tǒng)在過渡時不一產(chǎn)生振蕩；但是增大積分常數(shù)會減慢靜態(tài)誤差的消除過程，消除偏差需要較長的時間，但可以減少超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)較小時，則積分的作IT用較強(qiáng)，這時系統(tǒng)過渡時間中有可能產(chǎn)生振蕩，不過消除偏差所需的時間較短。所以必須根據(jù)實(shí)際控制的具體要求來確定。I實(shí)際的控制系統(tǒng)除了希望消除靜態(tài)誤差外，還要求加快調(diào)節(jié)過程。在偏差出現(xiàn)的瞬間，或在偏差變化的瞬間，不但要對偏差量做出立即響應(yīng)，而且還要根據(jù)偏差的變化趨勢預(yù)先給出適當(dāng)?shù)募m正。為了實(shí)現(xiàn)這一作用，可在比例積分控制器的基礎(chǔ)上加入微分環(huán)節(jié)，形成PID控制器。微分環(huán)節(jié)的作用是阻止偏差的變化。它是根據(jù)偏差的變化趨勢（變化速度）進(jìn)行控制的。偏差變化的越快，微分控制器的輸出就越大，并能在偏差值變大之前進(jìn)行修正。微分作用的引入，將有助于減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，它加快了系統(tǒng)的跟蹤速度。微分部分的作用由微分時間常數(shù)決定。越大時，則它抑制偏差變化的作用DTD越強(qiáng)；越小時，則它反抗偏差變化的作用越弱。微分部分顯然對系統(tǒng)穩(wěn)定有DT很大的作用。第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告22第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告23在單片機(jī)中，我們可以用軟件實(shí)現(xiàn)PID控制，即數(shù)字PID控制。位置式PID和增量式PID控制算法是常用的數(shù)字PID算法。421位置式PID算法單片機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差計(jì)算控制量，而不能像模擬控制那樣連續(xù)輸出控制量量，進(jìn)行連續(xù)控制。積分項(xiàng)和微分項(xiàng)不能直接使用，必須進(jìn)行離散化處理。離散化處理的方法為以T作為采樣周期，K作為采樣序號，則離散采樣時間KT對應(yīng)著連續(xù)時間T，用求和代替積分，用后向差分代替微分，作如下變化TKT（K0，1，2，3）,（公式43）,（公式KKYRE44）,（公式45T0K0JTETDE）（公式46）D1KTE就可以得到離散的PID表達(dá)式1KDK0JIP1KDK0JIPKEKEETEKU（公式47）TKDPDIPI，第四章智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)24圖42位置式PID算法程序流程圖當(dāng)采樣周期足夠小時，數(shù)字式PID過程與模擬式PID過程十分相似。位置式PID算法程序流程圖如圖42所示。422增量式PID算法增量式PID算法只提供控制量的增量。當(dāng)輸出給被控對象的是控制量KU增量，而不是絕對控制量時，可以采用增量式PID控制方式。增量式PID算法涉及到前三個時刻的偏差值、。KE12KEK0QKE1K2QKE，、為調(diào)整參數(shù)。增量式PID算法程序流程圖如圖43所示。0Q12初始化返回計(jì)算）（）（1KKDDEKKP計(jì)算并輸出PPPPKDIKKK1,1KPKPKEKEII計(jì)算1KPJEKKPIK0JII）（計(jì)算KPPEKK計(jì)算KKKYRE第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告25初始化返回計(jì)算KKYRE計(jì)算2K1KEQU求并輸出K0）（1K2K1KE,E圖43增量式PID算法程序流程圖43舵機(jī)控制程序設(shè)計(jì)單片機(jī)根據(jù)采樣得到的路徑信息對舵機(jī)進(jìn)行控制。對舵機(jī)的控制是定時進(jìn)行的。對舵機(jī)的控制采用的是PD控制算法。用PD算法來控制舵機(jī)，可以取得較好的控制效果。增加P的系數(shù)可以增加車模的沿線能力。微分項(xiàng)可以增強(qiáng)舵機(jī)的動態(tài)性能。舵機(jī)PD控制算法流程圖如圖44所示。第四章智能車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26初始化返回計(jì)算KKYRE計(jì)算KPPEK計(jì)算）（）（1KDD1KE計(jì)算并輸出P圖44舵機(jī)PD控制算法流程圖44通訊程序設(shè)計(jì)使用SCI通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC的信息傳遞，從而我們可以掌握單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。使用無線通訊模塊則可以實(shí)時傳輸智能車行駛的信息，例如探測板探測到的信號、車行駛的速度、某些寄存器的數(shù)值等。通過掌握這些信息，有利于進(jìn)行各個模塊以及系統(tǒng)的調(diào)試。取兩塊無線通訊模塊，一塊通過232芯片與PC機(jī)的串口相連，另一塊接到智能車系統(tǒng)的無線通訊模塊，即完成了通訊模塊的連接。MC9S12XS128單片機(jī)的SCI模塊每次只能傳送8位或9位數(shù)據(jù)，需將16位的數(shù)據(jù)的高8位和低8位分開傳送。45智能車系統(tǒng)流程圖第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告27開始初始化撥碼開關(guān)設(shè)定速度撥碼開關(guān)控制電機(jī)開關(guān)路徑探測是否到定時T1轉(zhuǎn)彎控制是否到定時T2速度控制是否跑完一圈停車結(jié)束NYYYNN圖45智能車系統(tǒng)流程圖28第五章智能車系統(tǒng)調(diào)試51路徑探測模塊調(diào)試探測板有十二路相同的信號傳輸通道?，F(xiàn)對信號傳輸通道的各部分進(jìn)行調(diào)試。信號傳輸通道的原理圖如圖51所示。按圖39所示的位置放置電感，使用示波器分別測量各通道感應(yīng)部分輸出信號，測得正弦波信號峰峰值如表51所示。1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE10MAY2010SHEETOFFILECDOCUMENTSANDSETINGSADMINISTRATORDA82F18EECB2458二二二二二二二二二二二二PCB二4二22二LCDDBDRAWNYC163NFL110MH二二二二11V32AR2OPAMPAR1OPAMPD1IN5819C168NFR1100KR220KR31KR41KVCRS1100KR4820VCVCOUT二二二二二二二二二二二二二二二二二圖51信號傳輸通道的原理圖表51感應(yīng)部分輸出的信號峰峰值位置電感標(biāo)號0CM1CM2CM3CM4CM13402801801201002340300200150100334028015012010043002501601201005300250160100100628024016012010072802501801401008280240150120100928022018014010010280260180140100第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告291128026016014010012280240180140100注信號峰峰值的單位為MV。使用示波器測量各通道放大部分的輸出信號得到的測量值如表52所示。表52信號放大后的峰值位置電感標(biāo)號0CM1CM2CM3CM4CM12215072050052231708404005320140603005416120602005515120602005619140704005719161006005819151006005915120704005101514070400511161508040051217140603005注測得的信號放大后的峰值單位為V。用萬用表測量各通道經(jīng)過濾波以后的得到的信號電壓，測量結(jié)果如表53所示，表53濾波以后的信號測量值位置電感標(biāo)號0CM1CM2CM3CM4CM118312205602300621871450660301131711380490170094140102053018006513210404501100561581150580270067161139087052011第五章智能車系統(tǒng)調(diào)試3081601310920620139126099056024011101290980520230061115012205902400812141112053021008注濾波以后的信號測量值的單位為V。從表51、表52給出的數(shù)據(jù)，可以看出各通道的測量結(jié)果存在一定的差異。造成這種差異的原因是多方面的。例如，各通道使用的器件參數(shù)存在差異，測量時引入了一些測量誤差等。這些誤差最后作用在濾波電路上。但是，從表53給出的數(shù)據(jù)可以看出，各通道在0CM位置時的輸出的電壓比在1CM位置時的輸出電壓大03V左右，各通道在1CM位置時的輸出的電壓比在2CM位置時的輸出電壓大06V左右。各通道濾波以后的輸出信號差異并不顯著。當(dāng)電感距離導(dǎo)線越近時，經(jīng)過探測部分、放大部分、濾波部分測得的信號越強(qiáng)，越遠(yuǎn)時測得的信號越弱，并且不同的通道測得的數(shù)據(jù)存在差異，如圖52所示。圖52電感在不同位置時，濾波端測得的電壓值近似曲線通過調(diào)節(jié)電位器RS，可以改變閾值。當(dāng)探測到的信號電壓大于閾值時，經(jīng)過比較器處理后，得到邏輯“1”，小于閾值時，則得到邏輯“0”。分別調(diào)節(jié)十二路通道的電位器，可以使每個通道得到邏輯“1”的測量范圍一樣。如圖52所示，通道一和通道二的測量信號有差異，分別調(diào)整這兩個通道的閾值，可以使兩個通道得到邏輯“1”的測量范圍相同。通過調(diào)整各通道的電位計(jì)，將每一路得到邏輯“1”的測量范圍調(diào)得一樣大。第五屆全國大學(xué)生智能汽車邀請賽技術(shù)報(bào)告3152舵機(jī)調(diào)試模擬舵機(jī)的直流電機(jī)控制芯片一般可以接受50HZ（20MS）300HZ左右的PWM信號。若給舵機(jī)更高頻率的PWM信號，舵機(jī)就無法正常工作了。若用50HZ的PWM信號控制舵機(jī)，那么舵機(jī)至少要過20MS以后才能獲得發(fā)送的位置信號。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，舵機(jī)至少要接受兩個位置信號后，才能作出相應(yīng)。在舵機(jī)臂到達(dá)新的位置前，要不停地向舵機(jī)發(fā)送位置脈沖信號，否則舵機(jī)將停止不轉(zhuǎn)。換句話說，舵機(jī)臂轉(zhuǎn)的角度越大需要的位置脈沖信號越多，所需的時間也就越多。逐步提高驅(qū)動舵機(jī)的PWM信號的頻率，測得當(dāng)PWM的頻率為200HZ時，舵機(jī)可以正常工作。采用200HZ（5MS）的PWM信號驅(qū)動舵機(jī)時，舵機(jī)接受位置信號所用的時間比用50HZ（20MS）的PWM信號驅(qū)動舵機(jī)時用的時間要少得多。因此，提高PWM信號的頻率，可以提高舵機(jī)的響應(yīng)速度。但是，當(dāng)頻率超過一定值后，舵機(jī)將不能正常工作。逐步提高PWM信號高電平的持續(xù)時間，可以測出舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度。找出舵機(jī)臂擺動區(qū)間的中間位置作為機(jī)械零點(diǎn)。在中間位置附近的區(qū)域，舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度與PWM信號高電平的持續(xù)時間間的線性關(guān)系較好。53直流電機(jī)控制與測速調(diào)試直流電機(jī)的驅(qū)動電路是由33887驅(qū)動芯片和MOS管組成的H橋電路。參照圖315給出的電機(jī)驅(qū)動電路。通過改變PWM3、PWM7口接的輸入的信號占空比，可以達(dá)到控制直流電機(jī)的目的。當(dāng)PWM7有一定占空比的信號輸入時，MOS管Q11、Q15、Q16導(dǎo)通，電機(jī)反傳。當(dāng)PWM3有一定占空比的信號輸入時，MOS管Q12、Q13、Q14導(dǎo)通，電機(jī)正轉(zhuǎn)。編寫相應(yīng)的直流電機(jī)驅(qū)動程序?？梢杂^察到電機(jī)正傳、反轉(zhuǎn)、加速、減速的現(xiàn)象。根據(jù)觀察道的現(xiàn)象，不斷調(diào)整PID參數(shù)，當(dāng)PID參數(shù)合適時，直流電機(jī)有很好的動態(tài)響應(yīng)性能，并有很好的穩(wěn)定性。將編碼器接到圖320所示的接口上。編寫程序，初始化累加器，計(jì)算編碼器發(fā)出的脈沖信號，并將累加器計(jì)得的數(shù)值通過通訊模塊發(fā)到PC機(jī)上顯示。旋動編碼器，可以觀察到PC機(jī)上顯示的數(shù)值發(fā)生相應(yīng)的變化。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動編碼器轉(zhuǎn)動。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度與編碼器單位時第五章智能車系統(tǒng)調(diào)試32間內(nèi)發(fā)出的脈沖信號成正比關(guān)系。通過讀取累加器的值，可以知道直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。讀取累加器的值可測得直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后分析測得的速度，相應(yīng)地改變PWM3、PWM5的脈沖信號的占空比，可以完成對直流電機(jī)的控制。54系統(tǒng)調(diào)試完成各個模塊的調(diào)試后，就可以進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試了。對系統(tǒng)調(diào)試時，需要先設(shè)計(jì)一個跑道。對于電磁組的車，在地上布一根導(dǎo)線就可以作為跑道了。為了增加跑道的難度可以將導(dǎo)線多繞幾個彎。在導(dǎo)線交叉時，應(yīng)注意使導(dǎo)線垂直交叉。當(dāng)小車穿過小S跑道時，左右擺動可能比較厲害，這時應(yīng)適當(dāng)將小舵機(jī)PD控制的比例參數(shù)。但應(yīng)注意，如果比例參數(shù)過小，小車進(jìn)入大彎道時，可能沖出跑道。由于本智能車系統(tǒng)沒有前瞻量，不能提前預(yù)知前方較遠(yuǎn)處的路徑狀況，使小車的提升空間受到很大限制。第六章模型車的各項(xiàng)參數(shù)車?；境叽畿囬L400MM車寬240MM車高90MM車重1050G電路功耗及電容總?cè)萘侩娐饭募s30W電容總?cè)萘?00UF33傳感器及伺服電機(jī)數(shù)量電感（傳感器）12個測速傳感器1個干簧管2個總計(jì)傳感器15個無額外的伺服電機(jī)賽道信息檢測精度、頻率賽道檢測精度2CM賽道檢測周期10MS第七章結(jié)論基于磁場檢測的自主尋跡智能車有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好的適應(yīng)賽場環(huán)境。在地面上布一根導(dǎo)線，就可以作為小車的跑道，簡單易行。但是，電磁組的小車有一個嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是不易于提高前瞻量。目前，這輛電磁小車只能探測到小車前方10CM處的路徑信息，這使得在保證小車行駛平穩(wěn)的前提下，提升速度有一定的困難。由于采用了外部二值化方案，小車系統(tǒng)具有較高的處理速度，即使沒有對單片機(jī)進(jìn)行超頻。系統(tǒng)執(zhí)行一個周期所用的時間為20US左右。唯一的時間瓶頸是舵機(jī)的響應(yīng)時間。舵機(jī)作出響應(yīng)需要十多毫秒的時間。如果，小車有較大的前瞻，就能夠提前探測道較遠(yuǎn)處的路徑信息，提前使舵機(jī)的作出響應(yīng)。如果這輛小車以較快的速度穿越小S彎，小車就會有較大的左右擺動幅度，最后沖出了跑道。究其原因是舵機(jī)響應(yīng)不夠快，不能及時調(diào)整小車的行駛方向。由于沒有較大的前瞻，小車在直道的行駛速度也受到了很大的限制。如果行駛得過快，小車入彎時容易沖出跑道。如何在行駛平穩(wěn)的前提下提高小車的速度，是我們面臨的問題。提升速度33的34方式有兩種1）提高程序的執(zhí)行效率；2）采用新的探測方案提升小車的前瞻量。采用新的探測方案有很好的前景，但是可能要花費(fèi)很多的時間。提高程序的執(zhí)行效率是短期內(nèi)提升小車行駛速度的有效途徑。在調(diào)試程序的過程中，應(yīng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。這可以調(diào)高調(diào)試程序的目的性。數(shù)學(xué)建模有利于找到合適的參數(shù)。參考文獻(xiàn)1卓晴，黃開勝，邵貝貝學(xué)做智能車挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯M北京北京航空航天大學(xué)出版社，20072華成英，童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京高等教育出版社，200663閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京高等教育出版社，200654凌陽科技股份有限公司PID調(diào)節(jié)控制做電機(jī)速度控制200665“飛思卡爾”杯競賽秘書處電磁組競賽車模路徑檢測設(shè)計(jì)參考方案201016張昊飏，馬旭，卓晴基于電磁場檢測的尋線智能車設(shè)計(jì)WWWEEPWCOMCN電子產(chǎn)品世界2009117李仕伯，馬旭，卓晴基于磁場檢測的尋線小車傳感器布局研究WWWEEPWCOMCN電子產(chǎn)品世界2009128蔡慶楠,蔡興旺,潘錦洲第三屆“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽技術(shù)報(bào)告9黃惟一，胡生清控制技術(shù)與系統(tǒng)M北京機(jī)械工業(yè)出版社2006210吳曄，張陽，騰勤基于HCS12的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)M北京電子工業(yè)出版社2010111趙凱華電磁學(xué)M北京高等教育出版社2003412邵貝貝單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法M北京清華大學(xué)出版社20041013譚浩強(qiáng)C程序設(shè)計(jì)M北京清華大學(xué)出版社，200514孫同景，陳桂友FREESCALE9S12十六位單片機(jī)原理及嵌入式開發(fā)技術(shù)M北京機(jī)械工業(yè)出版社200873435程序源代碼IFNDEF_INCLUDE_HDEFINE_INCLUDE_HINCLUDE/COMMONDEFINESANDMACROS/INCLUDE“DERIVATIVEH“/DERIVATIVESPECIFICDEFINITIONS/宏定義/全局變量聲明/EXTERNUINTLC_NUMBEREXTERNUINTIO_PREEXTERNUINTIO_VALUEEXTERNCHARPATH_R_LEXTERNCHARLINE2EXTERNCHARLINETIMEXTERNCHARLINE_12EXTERNCHARPATHEXTERNCHARPATH1EXTERNUCHARDC_TIMEXTERNUCHARDC_PACNT_CLAREEXTERNUCHARLINETIMCOUNTEXTERNUCHARDC_TIMCOUNTEXTERNUINTDC_PACNT_COUNTEXTERNINTKPEXTERNINTKIEXTERNINTKDEXTERNINTERROREXTERNINTPREERROR36EXTERNINTVALUE_PEXTERNINTVALUE_IEXTERNINTVALUE_DEXTERNUINTSPEEDSET/速度設(shè)定EXTERNINTS_KPEXTERNINTS_KIEXTERNINTS_KDEXTERNINTS_ERROREXTERNINTS_PREERROREXTERNINTS_VALUE_PEXTERNINTS_VALUE_IEXTERNINTS_VALUE_DEXTERNUINTSERVOTIMCOUNTEXTERNUCHARSERVOTIMEXTERNINTS_VALUEPIDEXTERNUINTLINESTREXTERNUINTLINESTRCOUNTEXTERNUINTBENDEXTERNUINTBENDCOUNTEXTERNCHARBEND_1EXTERNCHARBEND_2EXTERNCHARBEND_0EXTERNUCHARTIC_NUMEXTERNUCHARDETECTTIMEXTERNUCHARDETECTTIMCOUNTEXTERNUCHARSTOP_SIGNEXTERNUINTSTOPCOUNTEXTERNUCHARSTOP37/函數(shù)聲明/EXTERNVOIDDELAYUNSIGNEDINTLOOP_TIMES/延時子程序EXTERNVOIDSCI0_INITVOID/SCI0初始化EXTERNVOIDECT_TIM_INITVOID/TIM初始化程序EXTERNVOIDPIT_INITVOID/PIT初始化函數(shù)EXTERNVOIDPACA_INITVOID/累加器初始化程序EXTERNVOIDDC_INITVOID/直流電機(jī)初始化程序EXTERNVOIDSERVO_INITVOID/舵機(jī)驅(qū)動初始化程序EXTERNVOIDSERVOINTP,INTI,INTDEXTERNVOIDMAGNETDATAVOID/采樣程序EXTERNVOIDDATAPROCESSVOID/數(shù)據(jù)處理程序EXTERNVOIDSPEEDCONTROLUINTSPEEDS/速度PID控制程序EXTERNVOIDINIT_TICVOID/輸入捕捉初始化函數(shù)E