飞思卡尔电磁组

飞思卡尔电磁组
-----电磁组主讲：李春阳梁炳春吴再新
一、小车简介二、硬件设计三、原理分析
竞赛介绍该竞赛由竞赛秘书处设计、规范标准硬软件技术平台，竞赛过程包括理论设计、实际制作、整车调试、现场比赛等环节，要求学生组成团队，协同工作，初步体会一个工程性的研究开发项目从设计到实现的全过程。

该竞赛融科学性、趣味性和观赏性为一体，是以迅猛发展、前景广阔的汽车电子为背景，涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。

智能车简介
飞思卡尔智能车大赛分三种赛组：摄像头组
光电组电磁组
调试视频
调试视频
电磁组原理概述车模直立行走比赛是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式，让车模以两个后轮驱动进行直立行走。

在电磁组比赛中，利用车模双后轮驱动的特点，实现两轮自平衡行走。

相对于传统的四轮行走的车模竞赛模式，车模直立行走在硬件设计、控制软件开发以及现场调试等方面提出了更高的要求。

电磁组原理概述控制车模平衡的直观经验来自于人们日常生活经验。

一般的人通过简单练习就可以让一个直木棒在手指尖上保持直立。

这需要两个条件：一个是托着木棒的手掌可以移动，另一个是眼睛可以观察到木
棒的倾斜角度和倾斜趋势(角速度)。

通过手掌移动抵消木棒的倾斜角度和
趋势，从而保持木棒的直立。

这两个条件缺一不可，实际上就是控制中的
负反馈机制。

电磁组原理概述车模平衡控制也是通过负反馈来实现的，与上面保持
木棒直立比较则相对简单。

因为车模有两个轮子着地，车体只会在轮子滚
动的方向上发生倾斜。

控制轮子转动，抵消在一个维度上倾斜的趋势便可
以保持车体平衡了。

电磁组原理概述总结控制车模直立稳定的条件如下：(1)能够精确测
量车模倾角的大小和角速度的大小；(2)可以控制车轮的加速度。

实现方案概述对于上述条件，我们采用了组委会提供的直立参考方案，利用加速度计和陀螺仪分别测量车模倾角的大小和角速度的大小，并控制
车模车轮的加速度来消除车模的倾角。

系统结构图
各部分的功能1.传感器部分负责感知外部世界的环境信息和车模自
身的状态信息，为完成小车的直立行走、赛道的检测与跟踪以及实现小车
的运动控制提供所需的信息。

传感器部分包括直立传感器，速度传感器和
电磁传感器三个子模块。

2.控制部分分析传感器数据，提取赛道信息，运
行控制算法，向执行机构发出动作信号，控制赛车沿赛
道行驶。

控制部分主体是单片机MC9S12某S128。

3.执行机构负责执行动作信号，实现车的前进、变速和转向。

执行机
构包括电机驱动、电机。

有的芯片有33886,BTS7970等。

4.人机接口实现模式和参数选择、状态指示、实时监控以及数据存储
等人机交互功能，包括拨码开关、LED、串口示波器、诺基亚5110显示等
模块。

5.电源部分
负责向各部分提供合适的电源，包括电池和各个稳压模块。

5V稳
压电路采用的是LM2940芯片，3.3V稳压芯片采用的是AMS1117-3.3V 硬件电路设计篇
硬件电路设计篇
某S128128
5V
BTS7960
直立车模控制整体框图
系统输入输出系统的输入输出包括：(1)AD转换接口a.电磁检测：左
右两路，用于测量左右两个感应线圈电压。

b.陀螺仪：两路。

一路用于检测车模倾斜角速度，一路用于检测车模
转动角速度。

c.加速度计：一路，测量加速度Z轴输出电压。

d.辅助调试：(备用)1到3路，用于车模调试、设置作用。

(2)PWM接口控制左右两个电
极双方向运行。

由于采用单极性PWM驱动需要四路PWM接口。

(3)定时器
接口测量两个电机转速，需要两个定时器脉冲输入端口。

(4)IO接口(备用)4到8路输入输出，应用车模运行状态显示，功能设置等。

传感器(2)电磁线检测：包括两路相同的电磁感应信号放大与检波电路；(3)陀螺仪与加速度计：包括三个姿态传感器信号放大滤波电路；
加速度传感器实物
陀螺仪实物
光电编码器(4)速度检测：检测电机光电码盘脉冲频率，实际上只包括了两个光电码盘的传感器。

电机驱动(5)电机驱动：驱动两个电极运行功率电路；。