國(guó)賽技術(shù)報(bào)告電磁組工學(xué)院

集術(shù)報(bào)告和研究的規(guī)定，即：參賽作品著作權(quán)歸參賽者本人，比賽和飛以及參賽模型車的、圖像資料，并將相關(guān)內(nèi)容編纂收錄在集日和綜合。本文介紹了飛思卡爾電磁組智能車系統(tǒng)。本智能車系統(tǒng)是以飛思卡爾32位單片機(jī)MKL26Z256VLL4為，用電感檢測(cè)賽道導(dǎo)線激發(fā)的電磁信號(hào)，用編碼器來檢測(cè)小車的速度，采用AD采樣獲得當(dāng)前傳感器在賽道上的位置信息，通過控制電機(jī)差速來改變車的轉(zhuǎn)向，用PID進(jìn)行電機(jī)控制，用IAR、Altiumdesigner等軟：恩智浦電磁 AltiumInrecentyears,inligentvehiclesandinligentcontrolofvehicleshas eahotareaofresearch.Itreflectstheautomaticcontrol,artificialinligence,sensortechnology,machinery,computersandothertechnologyfieldsoverlapandcomprehensivetheory.Thisarticleintroducesthescaleelectromagneticsmartcarsystem.Thissmartcarsystemusesthe scalesingle-chipcomputerMKL26Z256VLL4asthecontrolcentre,detectstheelectromagneticsignalstimulatedbythetrackwirethroughtheinductors,detectsthespeedofthecarbytheencoder,usestheADsamplingtoacquirethecurrentpositioninformationofthesensorsinthetrack,controlsthedifferentialofthemotorstochangetheveerofthesmartcar,utilizestheincrementalPIDalgorithmtodominatethemotors,wieldthesoftware,suchastheIARandtheAltiumdesigner,todesignthesoftwareandhardware,andfinallyrealizesthecontrolofthesmartcar.:scaleElectromagneticMKL26Z256VLL4IARAltiumdesigner第一章引 第二章控制原 第三章電路設(shè) PCB設(shè) 第四章機(jī)械設(shè) 第五章軟件設(shè) KL26簡(jiǎn) 第六章車模調(diào) 直 智能車整體技術(shù)指 小 致 參考文 附錄A程序源代

第一章引言、探索的和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神。8位、16位、32位微控制器作為控制模塊通過增加道路傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及編寫相應(yīng)軟電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科知識(shí)。本屆競(jìng)速比賽設(shè)立電磁組、光電組與頭組等組別。光電組頭組繼續(xù)沿用四輪行走的方式，電磁組為了提高大學(xué)生創(chuàng)新性和趣味性，采用雙后輪驅(qū)動(dòng)直立行走的方式。應(yīng)飛思卡爾智能車競(jìng)賽的要案。以飛思卡爾公司生產(chǎn)的32位MKL26Z256VLL4單片機(jī)為控制中心，雙后輪驅(qū)、智能車大賽也就是初步模擬了人駕駛汽車的思維和控制過程，智能車比賽第二章控制原理為了提高大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽創(chuàng)新性和趣味性，激發(fā)高校學(xué)生參與比賽完成的。車模不同的傾角會(huì)引起車模的加，從而達(dá)到對(duì)于速度的控制。車模平衡控制通過負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)，車體只會(huì)在滾動(dòng)的方向上發(fā)生傾斜，控制2-1Z軸水平方向，此時(shí)輸出信號(hào)為零偏置電壓g便會(huì)在Z動(dòng)引起的電壓波動(dòng)疊加在上述測(cè)量信號(hào)上，這個(gè)電壓波動(dòng)會(huì)隨著車模運(yùn)動(dòng)速度增加變得很大，使得輸出信號(hào)無法準(zhǔn)確反映車模的傾角。加速度傳感器安裝在車模上，hθ，運(yùn)動(dòng)加速度α（2所示。那么在加速度傳感器Z軸上出現(xiàn)由于車模運(yùn)動(dòng)引起的加速度為 （2-2-2Z差改變陀螺儀的輸出，從而積分的角度逐步到加速度傳感器所得到的角度。過控制車模的傾角就可以實(shí)現(xiàn)了。安裝在電機(jī)輸出軸上的編測(cè)量得到車模的速Z軸角度相減，便可以最終決定車道路電磁中心線檢測(cè)簡(jiǎn)單的方法可以通過安裝在車模前方的兩個(gè)電磁感應(yīng)線圈實(shí)現(xiàn)。線圈采用10mH的工字型電感。左右電感電壓之差與左右電感電壓第三章電路設(shè)計(jì)3-1所示：3-1單片機(jī)模塊在小車控制系統(tǒng)中扮演的位置好比人的大腦單片機(jī)選擇飛思3-2所示：3-2本車使用的是飛思卡爾智能車比賽提供的7.2V，2000mAhNi-Cd可充電蓄7.2V經(jīng)5V穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后給電磁檢測(cè)兩級(jí)放大電路及編電路供電；經(jīng)3.3V穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后給單片機(jī)、陀螺儀加速度計(jì)和撥碼開關(guān)電路供電。本車的穩(wěn)壓電源電路含有5V穩(wěn)壓模塊和3.3V穩(wěn)壓模塊，5V穩(wěn)壓電路主要用到的是1117-5,3.3V穩(wěn)壓電路主要用到的是1117-3.3。穩(wěn)壓電源模塊電路如圖3-3所示3-33-4MMA7361作為加速度檢測(cè)器件，MMA7361是一款低成本單三軸高靈敏度加速4種不同的高靈敏度選擇模式以適應(yīng)不同的加速度的測(cè)量要求。通800mV/gMMA7361各軸信號(hào)輸出同時(shí)由于MMA7361立平衡控制所需要的傾角信息。MMA73614.3：4.3MMA7361本系統(tǒng)選用陀螺儀C03因?yàn)橥勇輧x易受溫度和等因素的響而產(chǎn)生微小的漂移和偏差采用互補(bǔ)濾波算法把加速度傳感器獲得的角度信號(hào)與陀螺儀輸出經(jīng)積分的角度進(jìn)行.4所示：4.4為了得到穩(wěn)定的電壓信號(hào)，采用LC選頻電路進(jìn)行信號(hào)。LC電路能篩選出特定頻段的信號(hào)，有較強(qiáng)的能力，所以我們采用LC選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行選頻，10mH6.8nF20KHz的磁場(chǎng)信號(hào)，經(jīng)放大電路放大RCAD采樣，以判斷傳感器離導(dǎo)線的距離，從而定位導(dǎo)線。因?yàn)長(zhǎng)C諧振電路得到的信號(hào)是交變的電壓信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算有賽道產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為10-7GS，實(shí)際測(cè)到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值非常小，大約都在幾百毫伏，而單片機(jī)識(shí)別的電壓在3V左右，所以到的TLV2462AIDR的集成運(yùn)放可簡(jiǎn)化電路，提高電路性能，檢波靈敏度。方便易用，20KHz。一級(jí)放大電路在放大倍數(shù)阻調(diào)節(jié)放大倍數(shù)可以使電感到的小信號(hào)放大到合適的狀態(tài)兩級(jí)放大電路中，第一級(jí)放大電路的放大倍數(shù)約為7，第二級(jí)放大電路的放大倍數(shù)約為22，經(jīng)過兩級(jí)放大后的放大倍數(shù)A為：A=Uo/Ui （3-1703V左右。3-15所示：

3-15限制，因此我們選擇采用光電編。本車的電機(jī)速度傳感器使用了固定在電機(jī)輸在其上的電壓正負(fù)有可能不同從而造成電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量由于比賽時(shí)競(jìng)速比賽，3-16所示：

3-16不能程序調(diào)節(jié)車模的速度和車模傾角，所以在加入兩個(gè)撥碼開關(guān)。其中一個(gè)撥碼開關(guān)是設(shè)置的不同速度。另一個(gè)撥碼開關(guān)是調(diào)節(jié)車模電感值、PID和直立角度等。3-17PCBAltiumdesignerPCB3-18所示。制作成的實(shí)物圖3-19所示。3-18PCB3-19PCB實(shí)物圖第四章機(jī)械設(shè)計(jì)統(tǒng)會(huì)增加控制的難度會(huì)為車模的速度提升帶來所以車模的機(jī)械性能應(yīng)該是優(yōu)性能才能得到完全發(fā)揮。我們?cè)谖瘯?huì)規(guī)定參數(shù)的情況下，我們對(duì)小車的各個(gè)部分進(jìn)行了調(diào)校測(cè)試本章主要介紹車模的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)整優(yōu)化方案并按E型車模，讓車模以兩個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直立行走,實(shí)現(xiàn)兩4-1所示：4-1速度傳感主要由編構(gòu)成，我們組車模用的是512線編。通過編將內(nèi)速度脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)可以反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速。去掉后輪，安裝電機(jī)測(cè)速編。在4-5所示：圖4-5安裝編后的E型車振動(dòng)對(duì)于測(cè)量?jī)A角的干擾，通常盡可能的將陀螺儀和加速度計(jì)固定在整個(gè)車模最底Z軸方向存在一個(gè)分量。根據(jù)陀螺儀傾斜在上坡或者是在下坡引起車模的速度變慢或者變快。所以加速計(jì)和陀螺儀4-6所示：

安裝陀螺儀加速度器后的E5以小車的兩個(gè)工字型的mH電感盡可能的安裝在車模運(yùn)行前方較遠(yuǎn)的地34m一是因?yàn)檐嚹７较蚩刂扑惴ㄊ窃趦蓚€(gè)電感水平安裝的前提下，左右電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為了減輕電感支架的重量小車由原來的鋁合金支架改為碳纖管支架，使4-7所示：

4-7電感安裝3.925cm。三個(gè)電感可以提高檢測(cè)密度和廣度。第五章軟件設(shè)計(jì)KL26Kinetis2010ARMCortex-M4內(nèi)核的微控制器是業(yè)內(nèi)首款Cortex-M4內(nèi)核MKL26Z256VLL4是scaleKL26系列MCU，是Kinetis系列的代表。Kinetis微控制器系列融合了的低全外設(shè)。KL26擁有非常強(qiáng)大的功能.IAREmbeddedWorkbenchforARM6.30IARSystemsARM微處理器開發(fā)的一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。比較其他的ARM開發(fā)環(huán)境，IAR具有容易、使用方便和CIARBDMFlash進(jìn)行擦除、寫入操作以及調(diào)試，大大降低了編程難度。工程界面如圖5-2所示。5-2IAR序。該模板包括了KL26常用的底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)，在編程時(shí)完全沒有必要深入研究寄存5-3車模角度（紅色）和角速度（藍(lán)色）voidKalman_Filter(floatangle_m,float //加速度計(jì){angle+=(gyro_m-q_bias* //q_biasPdot[0]=Q_angle-Pk[0][1]-Pk[1][0];Pdot[1]=-Pk[1][1];Pdot[2]=-Pk[0][0]+=Pdot[0]*Pk[0][1]+=Pdot[1]*Pk[1][0]+=Pdot[2]*Pk[1][1]+=Pdot[3]*dt;angle_err=angle_m-angle;PCt_0=Pk[0][0]; //PCt_0怎么沒數(shù)//C_0PCt_1=Pk[1][0]; //PCt_1怎么沒數(shù)//C_0E=R_angle+PCt_0;K_0=PCt_0/E; //E，怎么沒數(shù)K_0，怎么沒數(shù)K_1=PCt_1/E; //K_1怎么沒數(shù)t_0=t_1= Pk[0][0]-=K_0*Pk[0][1]-=K_0*Pk[1][0]-=K_1*Pk[1][1]-=K_1*angle+=K_0*angle_err;q_bias+=K_1*angle_err;angle_dot=gyro_m-g_fCarAngle= 角 // }5-4所示，角度（黃色曲線）5-4濾波后的角度（黃色）和角速度（粉色）通過調(diào)節(jié)比例控制參數(shù)P和微分控制參數(shù)D5-6所示。5-6將車模的給定速度與通過編得到的反饋速度相減，得到速度誤差。為了防，兩個(gè)10mH工字型電感，可以檢測(cè)到賽道中心電磁線的變化。電感到的信號(hào)經(jīng)，5-7左右電感AD5-8所示。5-8（左側(cè)電壓值-右側(cè)電壓值）/（左側(cè)電壓值+右側(cè)電壓值變化曲線方向控制的PID算法采用增量式PID（左側(cè)電壓值-右側(cè)電壓值）/（左側(cè)電壓值+右側(cè)電壓值）5-9所示。5-95.5車模直立行走控制5-10所示。5-105-11所示。

第六章車模調(diào)試在硬件調(diào)試階段需要使用示波器觀察電感到的信號(hào)，以及經(jīng)過LMV358放6-1所示。6-1RIGOL6-2

6-2VisualScope3所示。通過電腦上安裝的藍(lán)牙串口通信助手，可以隨時(shí)無線發(fā)送的數(shù)據(jù)，觀6-36-4第七章總結(jié)3-1項(xiàng)目賽題組車模質(zhì)量（加電池傳感器的種類及個(gè)數(shù)陀螺儀加速度計(jì)1個(gè)、編2個(gè)、電感3電路功耗5（mm電機(jī)個(gè)數(shù)（個(gè)25WV型等各種方案，考C利用比賽推薦的開發(fā)工具調(diào)試程序經(jīng)過不斷的更新和完善最終計(jì)出一套自隊(duì)的成員以及其他提供過幫助建議和意見的人表示由衷的感謝感謝一起做智能車的朋友們這一段時(shí)間的合作與相處將會(huì)是我們一生好的回憶感謝指導(dǎo)學(xué)院和青島工學(xué)院機(jī)電在調(diào)試場(chǎng)地和等方面的提供的支持和幫助，正感謝和飛思卡卡公司給大家提供這個(gè)鍛煉團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新能力的競(jìng)賽平臺(tái)，感謝承辦本屆比賽的中南大學(xué)等各大高校，是給我們提供了一個(gè)良好的比賽環(huán)最后，對(duì)審閱的各位專家教授表示深深的敬意[1].譚浩強(qiáng)．C程序設(shè)計(jì)．：，2005年7月第三[2].飛思卡爾競(jìng)賽管理處，電磁組競(jìng)模路徑檢測(cè)設(shè)計(jì)參考方案，2010-1[3].飛思卡爾競(jìng)賽管理處，新版電磁組參考設(shè)計(jì)方案第二版，2012-3-1[4].野火嵌入式開發(fā)三天Cortex-M4—Kinetis系列2012-3-16[5].陳杰，黃鴻．傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M]． ：高等教育，2002[6].卓晴，黃開勝,邵貝貝．學(xué)做智能車— 空航天大學(xué)．：[7].紹貝貝．單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的開發(fā)方法[M]，2004[8].吳懷宇，程磊，章政．大學(xué)生智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)踐．：電子工業(yè)．：．．：[9].張幽彤，陳寶江技術(shù)原理及應(yīng)用[M]理工大學(xué)．．：[10].童詩白，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．高等教 int

Afloat intSD_DATA=0,FX_DATA=0; 速度方向開啟標(biāo)志intkey1=0,key2=0,key3=0,key4=0,key=0; floatENC03[100]={0}; { //短暫延 {;}void{key3=gpio_get(PTA7);key4=gpio_get(PTA6);key=key1+key2*2+key3*4+key4*8; case0: casecasecasecasecasecasecasecase}}#defineZOUT #define float ////#defineGYRO_VAL //1479#define #defineMMA7361_ratio #defineGRAVITY_ADJUST_TIME_CONSTANT2#define floatGyro_Now,angle_offset_vertical;volatile float float //dt=0.005在這個(gè)范圍內(nèi)調(diào)整 //float //dt=0.005 floatdt=0.00465,angle=0.0,q_bias=0.0;floatPCt_0,PCt_1;floatfloatE,K_0,K_1,t_0,t_1;floatangle_dot; //加速度計(jì){angle+=(gyro_m-q_bias* //q_biasPdot[0]=Q_angle-Pk[0][1]-Pk[1][0];Pdot[1]=-Pk[1][1];Pdot[2]=-Pk[0][0]+=Pdot[0]*Pk[0][1]+=Pdot[1]*Pk[1][0]+=Pdot[2]*Pk[1][1]+=Pdot[3]*dt;angle_err=angle_m-angle;PCt_0=Pk[0][0]; //PCt_0怎么沒數(shù)//C_0PCt_1=Pk[1][0]; //PCt_1怎么沒數(shù)//C_0E=R_angle+PCt_0;K_0=PCt_0/E; //E，怎么沒數(shù)K_0，怎么沒數(shù)K_1=PCt_1/E; //K_1怎么沒數(shù)t_0=t_1= Pk[0][0]-=K_0*Pk[0][1]-=K_0*Pk[1][0]-=K_1*Pk[1][1]-=K_1*angle+=K_0*angle_err;q_bias+=K_1*angle_err;angle_dot=gyro_m-q_bias;g_fCarAngle= 角 // }intvoid{float float //floatfloatMMA7361=0.0,GYRO_VAL=ENC03_ZJ; MMA7361_vertical=MMA7361_data; MMA7361= // Gyro_Now=(GYRO_VAL-ENC03)* //儀-) mma //>= //Kalman_Filter(angle_offset_vertical,Gyro_Now);//加速度計(jì) } 度PID控制 度PID控制 度PID控制#define0#define0floatANGLE_CONTROL_P=6.17 ,ANGLE_CONTROL_D=0.0252;// 直立PID void{ANGLE_CONTROL_P=zl_p;//if(PD_d==1)ANGLE_CONTROL_P=18.1; //PfloatfValue=0.0;

(CAR_ANGLE_SPEED_SET-g_fGyroscopeAngleSpeed)*g_fAngleControlOut=}/************************/************************/************************輸出角速度計(jì)陀螺儀***********************/floatOutData[4]={0};void{inttemp[4]=unsignedinttemp1[4]={0};unsignedchardatabuf[10]={0};unsignedchari;unsignedshortCRC16=0;{ =temp1[i]=(unsigned}{ =(unsignedchar)(temp1[i]%256);databuf[i*2+1]=(unsignedchar)(temp1[i]/256);}CRC16=databuf[8]=CRC16%256;databuf[9]=CRC16/256;}{OutData[0]=;OutData[1]=;//OutData[2]=;//OutData[3]=;//} {unsignedshortCRC_Temp;unsignedchari,j;for(i=0;i< T;i++){CRC_Temp^=Buf[i];for(j=0;j<8;j++){if(CRC_Temp&CRC_Temp=(CRC_Temp>>1)^}}

}floatSPEED;floatZS;int /************************************ 采集光碼盤/*********************************** 采集光碼盤#define //光電編的線#define //編數(shù)據(jù)處//#define//#define//#definefloatfloatSpeed_old,Speed_new;voidBMQ(){floatZZ