飞思卡尔智能车电磁组信号采集

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飞思卡尔电磁组

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。
原理篇
原理篇
• 1.路径检测 • 2.直立控制 • 3.算法设计
• 路径检测的整体思路流程：
• 磁场感应选频放大检波 A/D采集（单片机萨法尔定律可求得通电的导线周围空间上某一定点的磁场强度。
• 再由法拉利定律和楞次定律可得处在该点处磁感线圈的感应电动势大小
算法设计
• 在车模控制中的直立、速度和方向控制三个环节中，都使用了比例微分（PD）控制，这三种控制算法的输出量最终通过叠加通过电机运动来完成。 • （1）车模直立控制：使用车模倾角的PD（比例、微分）控制；
• （2）车模速度控制：使用PD（比例、微分）控制； • （3）车模方向控制：使用PD（比例、微分）控制。
单管共射交流放大电路
检波电路
• 测量放大后的感应电动势的幅值E可以有多种方法。最简单的方法就是使用二极管检波电路将交变的电压信号检波形成直流信号，然后再通过单片机的AD采集获得正比于感应电压幅值的数值。
A/D输入
单片机
检测部分的系统框图
直立行走的原理
• 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。
车模控制任务分解图
• 三个分解后的任务各自独立进行控制。由于最终都是对同一个控制对象（车模的电机）进行控制，所以它们之间存在着耦合。这三个任务中保持车模平衡是关键。由于车模同时受到三种控制的影响，从车模平衡控制的角度来看，其它两个控制就成为它的干扰。因此对车模速度、方向的控制应该尽量保持平滑，以减少对于平衡控制的干扰

第五届飞思卡尔智能车大赛华中科技大学电磁组技术报告

第五届飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：华中科技大学队伍名称：华中科技大学五队参赛队员：方华启张江汉诸金良带队教师：何顶新罗惠关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第五届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。

参赛队员签名：带队教师签名：日期：目录第1章引言 (1)1.1 概述 (1)1.2 全文安排 (2)第2章电路设计 (3)2.1 电路系统框图 (3)2.2 电源部分 (4)2.3 电机驱动部分 (5)2.4 电磁传感器 (6)第3章机械设计 (8)3.1 车体结构和主要参数及其调整 (8)3.2 舵机的固定 (10)3.3 传感器的固定 (11)3.4 编码器的固定 (11)第4章软件设计 (12)4.1 程序整体框架 (12)4.2 前台系统 (13)4.3 后台系统 (13)4.4 软件详细设计 (14)第5章调试 (15)第6章全文总结 (16)6.1 智能车主要技术参数 (16)6.2 不足与改进 (16)6.3 致谢与总结 (17)I参考文献 (18)附录A 源代码 (18)II第1章引言第1章引言教育部为了加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，在已举办全国大学生数学建模、电子设计、机械设计、结构设计等4大竞赛的基础上，委托教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办每年一度的全国大学生智能汽车竞赛（教高司函[2005]201号文）[1]。

为响应教育部的号召，本校积极组队参加第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。

从2009 年12 月开始着手进行准备，历时近8 个月，经过设计理念的不断进步，制作精度的不断提高，经历 2 代智能车硬件平台及相关算法的改进，最终设计出一套完整的智能车开发、调试平台。

(整理)飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案

精品文档电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案（竞赛秘书处2010-1，版本 1.0）一、前言第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。

竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA 交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。

除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。

具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。

本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。

本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。

微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。

二、设计原理1、导线周围的电磁场根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。

智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。

甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为3kHz～30kHz，波长为100km～10km。

如下图所示：图1：电流周围的电磁场示意图导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。

通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。

由于赛道导航电线和小车尺寸l远远小于电磁波的波长，电磁场辐射能量很小（如果天线的长度l远小于电磁波长，在施加交变电压后，电磁波辐射功率正比于天线长度的四次方），所以能够感应到电磁波的能量非常小。

为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，从而进行位置检测。

精品文档由毕奥-萨伐尔定律知：通有稳恒电流I长度为L的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为r处P点的磁感应强度为：精品文档图 2 直线电流的磁场⎝1 4 r由此得: B =  cos⎝4 r对于无限长直电流来说，上式中⎝1 = 0 ，⎝ 2 = ，则有B = （1）。

图3：无限长导线周围的磁场强度在上面示意图中，感应磁场的分布是以导线为轴的一系列的同心圆。

飞思卡尔智能车摄像头组新手指南（5）--让车跑起来篇

飞思卡尔智能车摄像头组新⼿指南（5）--让车跑起来篇舵机、电机控制策略让车跑起来彭岸辉控制器设置了快速的控制周期，在每个运算周期内，控制器即时地得到智能车车速以及传感器采样来的道路信号，经过控制算法的计算后，控制单元输出相应的前轮控制转⾓以及电机占空⽐的值，其输出值再经过函数映射关系转换为 PWM 脉宽信号传⾄前轮舵机以及驱动电机，从⽽实现⼀个周期的控制。

由于摄像头的信号是具有周期性的，可以直接采⽤摄像头采集⼀幅图像的周期作为控制周期。

舵机控制采⽤ PD 控制，控制跟随性较好，P可以及时对赛道的变化作出反应，当然舵机的 P 项值也是跟随赛道情况变化的，直道和较⼩的弯道时控制较弱，90 度弯道或 270 度⼤弯道控制量较强，D有预测道路类型的作⽤，也就是能使舵机提前打⾓。

电机控制采⽤ PID 控制，可以减⼩动态误差并且跟随性能较好。

当然也可以使⽤其他控制，很多⼈舵机采⽤P控制，电机采⽤PD或PI控制。

对⽐他们的优缺点⾃⼰选择适合⾃⼰⼩车的PID。

这⾥不进⾏深⼊讲解。

前⾯的⼯作完成后懂得基本的图像处理算法就差不多可以使⼩车跑起来了！要使⼩车跑起来其实不难的，很多初学者最希望的就是看⾃⼰的车跑起来，因为当初我也是这样的，很理解师弟师妹们此刻的想法！最基本的图像处理算法就是：图像中间往两边搜索⿊线注意：初学者在初学时不知道偏差是怎样计算的。

这⾥就提⼀下：偏差就是计算出的中线即图中赛道中的⿊线与摄像头所看到的中线即图中赛道中的竖直红线（例如采集到的图像是100列的，那么摄像头看到的中线就是50）做差得到的值就是偏差。

它表⽰车当前位置与期望位置的偏离程度。

再看个图吧：⽤两⾏来说明，其他的⼀样。

第⼀⾏左边坐标（0,1）右边坐标（0,99），得出的中线就是（0,50），那么50所在的那⼀列就是摄像头所看到的中线（就是图中竖直的红线）。

这⾥再提⼀下，很多⼈提出中线后发现上位机上或LCD上没显⽰出中线，其实显⽰出中线很简单的：根据RGB，⼀个像素点的像素值为255时显⽰出来的是⽩⾊，像素值为0时显⽰出来的是⿊⾊。

飞思卡尔智能车信息采集

飞思卡尔智能车信息采集摘要本文首先对智能车的硬件进行设计，达到了低重心、大前瞻、高稳定性。

其次对系统的软件部分进行设计，利用阀值对赛道进行判断，从而得到智能车的偏航角。

综合偏航角控制量实现舵机控制，入弯道切内道，大大提高了智能车的弯道运行速度。

用光电编码盘检测智能车的运行速度，再根据赛道信息给定智能车的运行速度，运用一些算法调节驱动电机转速，实现了电机的快速响应。

经过大量测试，最终确定系统结构和各项控制参数。

关键词：单片机；舵机控制；速度控制【中图分类号】u293.2+50 引言智能车有着极为广泛的应用前景。

结合传感器技术和自动驾驶技术可以实现汽车的自适巡航并把车开得开得又快又稳、安全可靠；汽车夜间行驶时，如果装上红外摄像头，就能实现夜晚汽车的安全辅助驾驶；他也可以工作在仓库、码头、工厂或危险、有毒、有害的工作环境里，此外他还能担当起无人值守的巡逻监视、物料的运输、消防灭火等任务。

在普通家庭轿车消费中，智能车的研发也是有价值的，比如雾天能见度差，人工驾驶经常发生碰撞，如果用上这种设备，激光雷达会自动探测前方的障碍物，电脑会控制车辆自动停下来撞车就不会发生了。

提高安全性和系统效率。

这种新型车辆控制方法的核心，就是实现车辆的智能化。

1 智能车机械结构设计机械结构是控制算法和软件程序的执行机构，对机械结构性能的了解和改造有利于对控制算法和软件程序的实现。

因此对车体机械结构的调整是非常必要的。

1.1 车体机械参数调整前轮参数的调整包括前轮主销后倾角，主销内倾角，前轮外倾角，前轮前束。

这几个参数对车体直线行驶的平稳性和转弯的灵活性有很重要的影响[1]。

1.2 舵机的安装舵机转向是整个控制系统中延迟较大的一个环节，在相同的舵机转向条件下，转向连杆在舵机一端的连接点离舵机轴心距离越远，转向轮转向变化越快。

这样安装的优点是：改变了舵机的力臂，使转向更灵敏；舵机安装在正中央，使左右的转向基本一致；重心相对来说靠后，减轻舵机的负载[2]。

飞思卡尔智能车摄像头边线、黑线提取方法分析

飞思卡尔智能车摄像头边线、黑线提取方法分析
下面看一下CCD的信号提取
这是摄像头提取到的信号，如此看来是可以用阈值取线的方法的
然而实际的情况是很糟糕的比如这样
等等，这样的请款都是阈值所不能解决的，但上面的图线的一个显著特点就是有一个很夸张的边缘，这是一个明显的不能再明显的信息
如图所示
蓝色是图线，红色是微分，如此看来特征是很夸张的，我们可以很好的加以利用了
如果我们在微分一下特征会不会更明显呢？
蓝色是原图想，红色是微分，黄色是微分后再微分，如此看来，再微分已经没有什么明显的效果了，还是一次微分比较的好，
现在理一下思路，
第一步取图像
第二步微分
第三步求绝对值
第四步把一些小的值去掉
对于这样的东西我们就很很很容易处理了
但是我们还要注意这样的情况
即便是去掉了一些很小的信号但是还有一些稍大一点的信号这是值得关注的事情
注意：如果是线性ccd的话灰度值的平均水平有时会很低，为了好看可以采用软件放大的做法，个人认为加运放的效果不好，软件放大还可以加入一些智能的判断和操作，12位的AD转换进度完全够用，图像处理其实八位就完全够用啦。

飞思卡尔智能车电磁组分区算法介绍

飞思卡尔智能车电磁组分区算法介绍写在之前的话:1、⽬前我是⼀名在校学⽣，这也是我第⼀次写博客，不周之处，请多谅解；2、此算法并⾮原创，借鉴⾃⼭东德州学院第⼋届⽩杨队（PS：个⼈看法，对于⼀些⼈把别⼈的开源东西改头换⾯⼀下就说是⾃⼰的原创⾏为⼗分鄙视）；3、对于此算法的理解和说明并⾮纸上谈兵，算法已经被我运⽤到了⼩车⽐赛中并取得好的成绩（具体就不多说了，⽐赛时车莫名其妙坏了，⽐赛前调试的速度绝对能进国赛，⽐较遗憾），总之这算法是我尝试过的最好的算法；4、这⼀次所介绍的只是路径算法和⼀些知识普及，后⾯有时间会介绍其余部分算法及许多好的思路（舵机电机控制思路（不只是简单的PID），双车策略）；5、希望对于这⽅⾯有涉及的⼈能与我联系并交流或指出不⾜之处。

---------------------------------------------------------------分割线-----------------------------------------------------------------------------⼀、没有这⽅⾯了解的可以看看飞思卡尔智能车分为三组：摄像头、光电、电磁，我做的是电磁车，三种车队区别在于传感器的不同，所以获得路径信息的⽅法也不⼀样，摄像头和光电识别的是赛道上的⿊线（⽩底赛道），⽽电磁车则是检测埋在赛道下的通⼊100mh电流的漆包线，摄像头和光电采⽤的是摄像头和ccd作为传感器，电磁则是⽤电感放在漆包线周围，则电感上就会产⽣感应电动势，且感应电动势的⼤⼩于通过线圈回路的磁通量成正⽐，⼜因为漆包线周围的磁感应强度不同，因此不同位置的电感的感应电动势就不同，因此就可以去确定电感位置；因此在车⼦前⾯设置了50cm的前瞻，电感布局如下(怎么发不了图⽚)：分为两排，前排3个，编号0，1，2（前期还加了两个竖直电感⽤来帮助过直⾓弯，后来改为了⼋字电感）；后排2个，编号3，4；现在车⼦获得了不同位置的感应电动势的⼤⼩了，但这些值是不能处理的:1、感应电动势太微弱；2、是模拟信号，信号太微弱就放⼤它；这就涉及到模拟电路的知识了，就不多说了（因为要把这讲完到PCB绘制的篇幅就⾜够写另开⼀号专门写这些⽅⾯来（PS：题外话（我的题外话⽐较多））：放⼤部分外围你设计的再好也抵不过⼀个更好的芯⽚，有两个例⼦，⼀个是我⾃⼰的:之前⽤的是NE5532，但是效果不理想，加了好多什么滤波，补偿，都⽤上，没⽤，软件⾥处理后⾯再说，后来⼀狠⼼换了AD620，感觉像是春天来了，因为它是仪⽤放⼤器，还有就是贵。

智能车无线实时数据采集系统

智能车无线实时数据采集系统飞思卡尔智能车设计大赛是全国170余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。

飞思卡尔智能车大赛提出制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。

在制作和调试智能车关键的过程中，需要动态地跟踪赛车的各种参数并实时地传输给上位机。

最佳的选择是采用无线传输数据给上位机，可见能够制作出无线实时数据采集系统是取得优异比赛成绩的关键。

标签：飞思卡尔智能车；无线通信；上位机飞思卡尔智能车大赛提出制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。

在调试智能车关键的过程中，要使用算法对智能车的方向和速度进行控制，选择最佳算法是取胜的关键。

比较和分析各种算法的优劣，需要动态地跟踪赛车的各种参数并实时地传输给上位机。

在不妨碍赛车运行的情况下，最佳的选择是采用无线的方式发送数据给上位机，由上位机进行保存和处理，这方便我们进行实时地观看跟踪。

在2014年飛思卡尔智能车第九届比赛中，有很多赛车冲出赛道而无法取得比赛成绩，分析赛车采集到的赛道信息和智能车控制算法的缺陷是解决赛车冲出赛道的唯一途径。

要分析智能车采集到的大量赛道信息，由于BDM在线调试存在不足和不便之处，高速率数据传输的无线上位机几乎是唯一的选择。

能够制作出高速率数据传输的无线上位机是取得优异比赛成绩的关键。

1 无线上位机的选材采用的通信模块是XL24LD01无线收发模块。

XL24LD01是挪威NORDIC 公司推出的一款高性能 2.4G无线收发IC模块，采用GFSK调制，工作在2400-2483M的国际通用ISM 频段，最高数据速率可达2Mbps。

XL24L01-D01集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分，如：自动重发丢失数据包和自动产生应答信号等，模块的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机的I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。

第五届飞思卡尔智能车电磁组程序

第五届飞思卡尔智能车电磁组获奖程序MC9S12XS128单片机、用前置线圈检测磁感线、用无线蓝牙采集数据、干簧管检测起跑线磁铁。

#include <hidef.h> /* common defines and macros */#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */#include <stdio.h>/****************************************************************************** ******一·全局变量声明模块******************************************************************************* ******/typedef unsigned char INT8U;typedef unsigned int INT16U;typedef int INT32;typedef struct {INT8U d; //存放这一次AD转换的值}DATA;/****************************************************全局变量声明区*****************************************************/DA TA data[6]={0}; //全局变量数组，存放赛道AD转换最终结果INT8U a[6][8]={0}; //全局变量用来存放赛道AD转换中间结果INT8U cross0,cross1; //记录十字叉线#define LED PORTA_PA7#define LED_CS PORTA_PA0byte START ;INT16U dianji0;//用来存放上次电机转速PWM，来判断是否减速#define duojmax 9200 //向左转向最大值#define duojmid 8400 //打在中间#define duojmin 7600 //向右转向最小值#define duojcs 8000;#define dianjmax 1200#define dianjmin 10#define dianjmid 600static INT8U look=0,look1=0;int road_change[100]={0}; //判断赛道情况数组int roat_change0;int *r_change0; //指向数组最后一位int *r_change1; //指向数组倒数第二位int sum_front=0,sum_back=0; //分别存储数组前后两部分的和INT16U waittime=0;INT8U choise; //读拨码开关数值/******************************速度测量参数定时********************************/#define PIT0TIME 800 //定时0初值：设定为4MS 测一次速度，采一次AD值#define PIT1TIME 1390 //定时1初值：设定为7ms定时基值/*******************************脉冲记数变量*******************************/ static INT16U PulseCnt;//最终的脉冲数/******************************电机PID变量*********************************/float speed_return_m ;struct {int error0;int error1;int error2;int speed;int chage;float q0,q1,q2,Kp,Kd,Ki;}static SpeedPid;/********************************速度变量设定*******************************/ INT8U speedmax ; //直道加速INT8U speedmin ; //急转弯刹车INT8U speedmid ; //弯道内部限速INT8U speedaveg ; //INT8U breaktime ; //刹车时间////////////////////////////////////////////////////////////////////////////#define speederror_min 2 //允许的最小误差static int NowSpeed;static int speed_control; //存储pid输出值static int speed_return;/*******************************舵机PID参数******************************/struct{int error0;int error1;int error2;int chage;float Kp,Kd,Ki;}PositionPid;int change;static INT16U angle_left [52]={8550,8562,8574,8586,8598,8610,8622,8634,8646,8658,8670,8682,8694,8706,8718,8730,8 742,8754,8766,8778,8790,8802,8814,8826,8838,8850,8862,8874,8886,8898,8910,8922,8934,894 6,8958,8970,8982,8994,9006,9018,9030,9042,9054,9066,9078,9090,9102,9114,9126,9138,9150,9 150};static INT16U angle_right[52]={8250,8238,8226,8214,8202,8190,8178,8166,8154,8142,8130,8118,8106,8094,8 082,8070,8058,8046,8034,8022,8010,7998,7986,7974,7962,7950,7938,7926,7914,7902,7890,787 8,7866,7854,7842,7830,7818,7806,7794,7782,7770,7758,7746,7734,7722,7710,7698,7686,7674,7 662,7650,7650};static INT16U *angle_l=angle_left ,*angle_r=angle_right;static INT16U angle_control=duojmid; //舵机PWM最终控制量static INT16U angle_control0=duojmid;static INT16U angle_control1=duojmid;static INT16U break_pwm=0;INT16U angle_return;/****************************lcd液晶显示变量定义**************************/#define LCD_DATA PORTB#define LCD_RS PORTA_PA4 //PA6#define LCD_RW PORTA_PA5 //PA7#define LCD_E PORTA_PA6 //PA7INT8U start[]={"WELCOME TO LZJTU"};INT8U date[]={"2011-3-15 TUS"};INT8U time[]={"00:00:00"};INT16U Counter=0;INT8U Counter0=0,select=0,min=0;INT8U Counter1=0;INT8U LCD_choice;/**************************标志变量区*************************************/INT8U stop_flag=0;INT8U start_flag=0;INT8U backflag=0;INT8U AD_start ;INT8U zhijwan=0 ;INT8U shizi=0;/****************************************************************************** ******二·初始化函数模块******************************************************************************* ******//**************************************************************1. 芯片初始化--------MCUInit（）**************************************************************/void MCUInit(void){//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ********总线周期计算方法******** //// fBUS=fPLL/2 //// fvoc=2*foscclk*(synr+1)/(refdv+1) //// PLL=2*16M*(219+1)/(69+1)=96Mhz /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////CLKSEL=0X00;PLLCTL_PLLON=1; //锁相环控制SYNR = 0X40|0X05;REFDV =0X80|0X01;POSTDIV=0X00;while( CRGFLG_LOCK != 1); //等待锁相环时钟稳定，稳定后系统总线频率为24MHz CLKSEL_PLLSEL = 0x01; //选定锁相环时钟PLLCTL=0xf1; //锁相环控制//时钟合成fpllclk=2*foscclk*(synr+1)/(refdv+1)//synr=2;refdv=1;外部时钟foscclk=16mb//fpllclk=48mb 总线时钟24mb// CRGFLG=0x40; //时钟复位控制// CRGINT=0x00 ; //时钟复位中断使能// CLKSEL =0xc0; //时钟选择//COPCTL =0x00;// ARMCOP =0x00; //看门狗复位// RTICTL =0x00; //实时中断}/**************************************************************2. AD转换初始化--------ADCInit（）**************************************************************/void ADCInit(void){A TD0CTL1=0x00;A TD0CTL2=0x40; //0100,0000，自动清除使能控制位，忽略外部触发//转换结束允许中断，中断禁止A TD0CTL3=0xA4; //0100,0100，转换序列长度为4；FIFO模式,冻结模式下继续转换A TD0CTL4=0x05; //00001000,8位精度,PRS=5，ATDCLOCK=BusClock(24mb)/(5+1)*2,约为2MHz,采样周期位4倍AD周期A TD0DIEN=0x00; //输入使能禁止}/**************************************************************3. PWM初始化--------PWMInit（）**************************************************************/void PWMInit(void) //PWM初始化{//总线频率24mb//1. 选择时钟：PWMPRCLK,PWMSCLA,PWMSCLB,PWMCLKPWME=0x00; //PWM通道关闭PWMPRCLK=0x01; //00010011时钟源A=BusClockA/2=48M/2=24MB;//低位clockA:01,45;高位clockB:23,67 时钟源B=48/1=48MBPWMSCLA =2; //ClockSA=ClockA/2/2=24MB/4=6MBPWMSCLB =2; //ClockSB=ClockB/2/2=12MBHzPWMCLK =0xFF; //通道均级联，均用SA,SB ,且都为6MB//2. 选择极性：PWMPOLPWMPOL =0xff; //电机正反转寄存器（PWMPOL）起始输出为高电平//3. 选择对齐方式：PWMCAEPWMCAE=0x00; //输出左对齐//4.PWMCTL PWM控制寄存器PWMCTL=0xF0; //01,23,45,67通道都级连，输出风别由1，3，5，7口控制//5. 使能PWM通道; PWME//6. 对占空比和周期编程//周期计算公式：输出周期=通道时钟周期*（PWMPERX+1）//占空比：=(PWMPERYX+1)/（PWMPERX+1）//开始时刻应使舵机打直，电机不转//1.通道45用来控制舵机PWMPWMPER45=60000-1; //PWM01=6MB/(60000)=100HzPWME_PWME5 =0; //舵机PWM通道开//2.通道23用来控制电机PWM1,通道01用来作为电机PWM2PWMPER23=1200-1;//电机正转PWM周期初始化。

飞思卡尔智能车比赛电磁组路径检测设计方案

电磁组竞赛车模路径检测设计参考方案（竞赛秘书处2010-1，版本 1.0）一、前言第五届全国大学生智能汽车竞赛新增加了电磁组比赛。

竞赛车模需要能够通过自动识别赛道中心线位置处由通有100mA 交变电流的导线所产生的电磁场进行路径检测。

除此之外在赛道的起跑线处还有永磁铁标志起跑线的位置。

具体要求请参阅《第五届智能汽车竞赛细则》技术文档。

本文给出了一种简便的交变磁场的检测方案，目的是使得部分初次参加比赛的队伍能够尽快有一个设计方案，开始制作和调试自己的车模。

本方案通过微型车模实际运行，证明了它的可行性。

微型车模运行录像参见竞赛网站上视频文件。

二、设计原理1、导线周围的电磁场根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。

智能汽车竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF）电磁波。

甚低频频率范围处于工频和低频电磁破中间，为3kHz～30kHz，波长为100km～10km。

如下图所示：图1：电流周围的电磁场示意图导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。

通过检测相应的电磁场的强度和方向可以反过来获得距离导线的空间位置，这正是我们进行电磁导航的目的。

为此，我们将导线周围变化的磁场近似缓变的磁场，按照检测静态磁场的方法获取导线周围的磁场分布，从而进行位置检测。

由毕奥-萨伐尔定律知：通有稳恒电流I长度为L的直导线周围会产生磁场，距离导线距离为r处P点的磁感应强度为：B = +sin ⎝ d ⎝ (⎧0 = 4 ⋅10 7 TmA 1 ) ( cos ⎝1 2 ) 。

4 r图 2 直线电流的磁场⎝1 4 r 由此得: B =  cos ⎝ 4 r对于无限长直电流来说，上式中⎝1 = 0 ，⎝ 2 =  ，则有 B = （1）。

飞思卡尔数据采集

求飞思卡尔智能车的数据采集（CCD摄像头）程序，（脚的接法可以自选）主控芯片为MC9S12DG128的c语言程序.,只要求能够实现采集即可.注释越详细#include <hidef.h> /* common defines and macros */#include <mc9s12db128.h> /* derivative information */#pragma LINK_INFO DERIVATIVE "mc9s12db128b"#include "define.h"#include "init.h"// variable used in video processvolatile unsigned char image_data[ROW_MAX][LINE_MAX] ; // data array of picture unsigned char black_x[ROW_MAX] ; // 0ne-dimensional arrayunsigned char row ; // x-position of the arrayunsigned char line ; // y-position of the arrayunsigned int row_count ; // row counterunsigned char line_sample ; // used to counter in ADunsigned char row_image ;unsigned char line_temp ; // temperary variable used in data transferunsigned char sample_data[LINE_MAX] ; // used to save one-dimension array got in interruption// variables below are used in speed measureUnsigned char pulse[5] ; // used to save data in PA processUnsigned char counter; // temporary counter in Speed detectUnsigned char cur_speed; // current speedshort stand;short data;unsigned char curve ; // valve used to decide straight or turnshort Bounds(short data);short FuzzyLogic(short stand);/*----------------------------------------------------------------------------*\receive_sci\*----------------------------------------------------------------------------*/unsigned char receive_sci(void) // receive data through sci{ unsigned char sci_data;while(SCI0SR1_RDRF!=1);sci_data=SCI0DRL;return sci_data;}/*----------------------------------------------------------------------------*\transmit_sci\*----------------------------------------------------------------------------*/void transmit_sci(unsigned char transmit_data) // send data through sciwhile(SCI0SR1_TC!=1);while(SCI0SR1_TDRE!=1);SCI0DRL=transmit_data;}/***************************************************************************** ***//*----------------------------------------------------------------------------*\abs_sub\*----------------------------------------------------------------------------*/ unsigned char abs_sub(unsigned char num1, unsigned char num2) { unsigned char difference;if(num1>=num2){difference=num1-num2;}else{difference=num2-num1;}return difference;}void pwm_set(unsigned int dutycycle){PWMDTY1=dutycycle&0x00FF;PWMDTY0=dutycycle>>8;}void get_black_wire(void) // used to extract black wire{ unsigned char i;for(row=0;row<ROW_MAX;row++){for(line=LINE_MIN;line<LINE_MAX-3;line++){if(image_data[row][line]>image_data[row][line+3]+VALVE){for(i=3;i<10;i++){if(image_data[row][line+i]+VALVE<image_data[row][line+i+3]){ black_x[row]=line+i/2+2;i=10;}}line=LINE_MAX;} else{//black_x[row]=(black_x[row]/45)*78;}}}二#include <hidef.h>#include <mc9s12dg128.h>#define HIGHSPEED 8000#define LOWSPEED 11000 /* 速度变量，0-24000 数值越大，速度越慢*/ void PWMout(int, int);/* 24000-20000 */void IOtest(void){static unsigned char i=0,j=0x01,k;DDRB = DDRA = 0xFF;PORTB = 0xf0;for(;;){k=(~j)&0x7f;PORTA = PORTB = k;while (TCNT != 0x0000);while (TCNT == 0x0000){if(i>9){j=j<<1;}i++;}if(j>=0x80)j=0x01;}}void PWMtest(void){int counter=-4500;DDRB = 0xff;PORTB = 0xff;TSCR1 = 0x80; /* enable timer TCNT */ TSCR2 = 0x00; /* TCNT prescaler setup */ for(;;){while (TCNT != 0x0000);while (TCNT == 0x0000);counter=counter+30;if(counter >= 3000){counter = 0;PWMout(4500, LOWSPEED); }if(counter == 1500){PWMout(-4500, LOWSPEED); }PORTB = (char)(counter/100); }}void SignalTest(void){unsigned char signal;int Direction, Velocity; Direction = 0;Velocity = LOWSPEED; DDRA = 0x00;DDRB = 0xff;signal = PORTA;PORTB = ~signal;switch(signal){case 0x08: /* 0001 1000 */case 0x10:Direction = 800;Velocity = HIGHSPEED;break;case 0x04: /* 0010 0100 */case 0x20:Direction = 1500;Velocity = HIGHSPEED;break;case 0x02: /* 0100 0010 */case 0x40:Direction = 2800;Velocity = HIGHSPEED;break;case 0x01: /* 1000 0001 */case 0x80:Direction = 4000;Velocity = LOWSPEED;break;case 0x3c: /* 0011 1100 over start line */ case 0xff: /* 1111 1111 over crossing line */case 0x00: /* 0000 0000 go straight not need changed state */default:break;}if(signal > 0x0f)Direction = -Direction;PWMout(Direction, LOWSPEED);}/******************************************************************************** ***** LCD1620.c* ICC-A VR application builder : 2006-1-8 21:43:48* Target : M8* Crystal: 4.0000Mhz** Note : Don't change this file if possible.******************************************************************************* ***/#define CMD_CLEAR 0x01#define CMD_RESET 0x02#include <iom8v.h>#include <macros.h>#define LCD_DATA 0xff#define LCD_EN 0x01 //PORTC 0#define LCD_RS 0x02 //PORTC 1#define LCD_RW 0x04 //PORTC 2#define LCD_DATAPORT PORTB#define LCD_ENPORT PORTA#define LCD_RSPORT PORTA#define LCD_RWPORT PORTAvoid lcd_init(void);void lcd_write_cmd(unsigned cmd,unsigned data);void lcd_setxy(unsigned char x,unsigned char y);void lcd_write_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *str); void delay_nus(unsigned int n);void delay_nms(unsigned int n);void lcd_init(void){DDRB |= LCD_DATA;DDRA |= LCD_EN | LCD_RS | LCD_RW;LCD_RWPORT&=~LCD_RW;LCD_DATAPORT=0x30; //控制字规则：5：8bit,4:16x2,3:5x7LCD_ENPORT|=LCD_EN;delay_nus(1);LCD_ENPORT&=~LCD_EN;delay_nus(40);lcd_write_cmd(0,0x38); //8bit testlcd_write_cmd(0,0x0c); //显示开lcd_write_cmd(0,0x01); //显示清屏lcd_write_cmd(0,0x06); //显示光标移动设置}void lcd_write_cmd(unsigned cmd,unsigned data) {if(cmd==0)LCD_RSPORT&=~LCD_RS;elseLCD_RSPORT|=LCD_RS;LCD_DATAPORT&=0x00;LCD_DATAPORT=data;LCD_ENPORT|=LCD_EN;delay_nus(10);LCD_ENPORT&=~LCD_EN;delay_nus(10);}void lcd_setxy(unsigned char x,unsigned char y) {unsigned char addr;if(y==0)addr=x+0x80;elseaddr=x+0xc0;lcd_write_cmd(0,addr);}void lcd_write_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char *str) {lcd_setxy(X,Y);while(*str){lcd_write_cmd(1,*str);str++;}}void delay_1us(void) //1us延时函数{asm("nop");}void delay_nus(unsigned int n) //N us延时函数{unsigned int i=0;for (i=0;i<n;i++)delay_1us();}void delay_1ms(void) //1ms延时函数{unsigned int i;for (i=0;i<1140;i++);}void delay_nms(unsigned int n) //N ms延时函数{unsigned int i=0;for (i=0;i<n;i++)delay_1ms();}//call this routine to initialize all peripherals void main(void){lcd_init();while(1){lcd_write_cmd(0,0x01); //清屏delay_nms(2);lcd_write_string(0,0,"happy new year"); delay_nms(100);lcd_write_string(0,1,"LCD successful!"); delay_nms(100);}}。

第五界飞思卡尔总结(电磁组)

电磁组技术总结：总的来说：小车设计应该遵循以下原则：硬件越简单越好，小车越轻越好，牢记机械结构要调好，轮子摩擦力要做足，程序要跟上和考虑小车状况。

经过最终的结论是：小车的机械结构非常重要！！！一、小车的机械结构可以分为以下几方面考虑：1、小车整体的重心：实践证明，小车要达到比较好的平均行驶性能，重心适当靠前！简单的确定方法是：用手踮起连接杆连接柱，如果小车靠前倒则证明重心是向前的。

改造小车重心：可以适当改变电池的摆放位置，可以适当放置细小的东西来加重。

但是最好的方法是在不加重的基础上改造，折中过弯和直道影响。

动态重心：广技师今年的小车做的比较好，尤其是动态调节重心，如图：在过弯时利用舵机来改变重心左右移动，可能会使得小车车盘挨到赛道，增加摩擦力，所以过弯可以很快很稳！！！！但不建议抄杂，要有自己的方法！2、车轮摩擦力问题：轮子摩擦力是越大越好的！新轮胎的摩擦力肯定比旧轮胎的摩擦力要大，但要改造一下：把新轮胎中间的那条凸出的黑条用剪甲钳剪平，使得轮胎整体平齐；还要适当用牙刷或者旧轮胎打磨以下，用牙刷+牙膏刷得5次左右，就可以在比赛中用上了。

以上是经验之谈！当在平时试车的过程中，如果程序正常，发现过弯老是滑出界，一是赛道问题，而是轮胎太旧的问题，这点要注意！3、要适当为小车减肥！车上能减的车部件尽量减，例如尾翼部分。

4、舵机臂长问题：不易过长，一般有3~5cm就可以了，过长摆力会减弱。

以上三点是比较重要的，其它机械结构调整可以参见《智能车底盘与机械结构设计》。

这里不再啰嗦。

二、小车硬件部分：在做电磁组的硬件时主要是传感器和驱动！传感器部分：值得参考的《电磁组车模设计》一文，里面有很详细的电路介绍和策略实现方法！！！1、电磁信号采集：LC振荡原理，出来的是正弦波，然后思路是把正弦波放大，然后整流或者检测峰值（推荐采用峰值检测）！放大电路可以用运放或者官网的推荐电路。

如果采用运放，是可行的，但是成本会比较高电路复杂，而且速度没有三极管快，但是放大可以放到比较大，注意失真问题！-5V电源解决方案：以上电路为一个线性度非常好的小信号放大，仅供参考，但是推荐官网电路，简单明了！另外，官网电路中：建议可调电阻最终用固定电阻代替！因为可调电阻一体积大，二里面结构其实是一个电感，是一个集成滤波器，但这点建议可能夸张了一点！建议后面的R3C4的参数不宜设得太大，会造成一定的延时，0.1uF+(10K<R4<50k).建议三极管+5V这里加滤波电容，最好组合10uF+104（一般而言，只要104+比104大100倍的电容组合滤波，滤波效果就能达到）。

飞思卡尔智能车电磁组技术报告

第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本文以第十届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了基于电磁导航的智能赛车控制系统软硬件结构和开发流程。

该系统以Freescale半导体公司32 位单片机MK60DV510ZVLQ100为核心控制器,使用IAR6.3程序编译器，采用LC选频电路作为赛道路径检测装置检测赛道导线激发的电磁波来引导小车行驶，通过增量式编码器检测模型车的实时速度，配合控制器运行PID控制等控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度，实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。

同时我们使用集成运放对LC选频信号进行了放大，通过单片机内置的AD采样模块获得当前传感器在赛道上的位置信息。

通过配合Visual Scope，Matlab等上位机软件最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。

实验结果表明，该系统设计方案可使智能车稳定可靠运行。

关键字：MK60DV510ZVLQ100，PID控制，MATLAB，智能车第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告目录第一章引言 (5)第二章系统方案设计 (6)2.1系统总体方案的设计 (6)2.2系统总体方案设计图 (6)电磁传感器模块 (7)控制器模块 (7)电源管理模块 (7)编码器测速模块 (7)舵机驱动模块 (8)起跑线检测模块 (8)人机交互模块 (8)测距模块 (8)第三章机械结构调整与优化 (8)3.1智能车前轮定位的调整 (8)主销后倾角 (9)3.1.2主销内倾角 (9)3.1.3 前轮外倾角 (10)3.1.4 前轮前束 (10)3.2 舵机的安装 (11)3.3编码器安装 (12)3.4车体重心调整 (12)3.5传感器的安装 (13)3.6测距模块的安装 (14)第四章硬件电路设计 (15)4.1单片机最小系统 (15)4.2电源管理模块 (16)4.3电磁传感器模块模块 (17)4.3.1 电磁传感器的原理 (17)4.3.2 信号的检波放大 (18)4.4编码器接口 (19)4.5舵机驱动模块 (20)4.6电机驱动模块 (20)4.7人机交互模块 (21)第五章控制算法设计说明 (22)5.1主要程序流程 (22)5.2赛道信息采集及处理 (23)5.2.1 传感器数据滤波及可靠性处理 (23)5.2.2 位置偏差的获取 (25)5.3 控制算法实现 (27)5.3.1 PID算法原理简介 (27)5.3.2基于位置式PID的方向控制 (31)5.3.3 基于增量式PID和棒棒控制的速度控制 (31)5.3.4 双车距离控制和坡道处理 (33)第六章系统开发与调试 (34)6.1开发环境 (34)6.2上位机显示 (35)6.3车模主要技术参数 (36)第七章存在的问题及总结 (37)7.1 制作成果 (37)7.2问题与思考 (37)7.3不足与改进 (37)参考文献 (38)附录A 部分程序代码 (39)第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告第一章引言随着科学技术的不断发展进步，智能控制的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。

飞思卡尔智能车电磁组信号采集

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磁导航智能车路径信息采集系统的设计与实现

Wang Yuanzhe1，2，Tan Yingzi1
(1 . School of Automation ， Southeast University ， Nanjing 210096 ， China ； 2 . School of Automation Science and Electrical Engineering ， Beihang University ， Beijing 100191 ， China)
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路径信息采集系统通过对路径的检测来获取路径信息，从而对车体的方向和速度进行精确控制。该系统主要包括交变磁场检测、起始线检测和车体姿态检测三个部分，其原理如图 1 中虚线框所示。 2.1 交变磁场检测
交变磁场检测主要是对特定的交变磁场环境进行检测。本文选用 LC 选频振荡电路检测交变磁场，然后通过放大电路的放大和检波电路的检波处理，得到与振荡信号峰峰值成正比的直流电平，以便于 A/D 转换。其原理框图如图 2 所示。
电选信峰主磁频号值控环滤放检芯境波大波片
图 2 交变磁场检测原理框图
(1) 选频部分采用 LC 振荡电路的原理进行设计。根据 LC 振荡电路谐振频率计算公式和市场上电感电容型号，选用一定量值的电感和电容。电感选型时要注意其 Q 值和内阻， Q 值会影响其谐振增益和交变磁场的检测。 (2) 放大部分信号的放大有多种方法：基本放大电路、带电压偏置的放大电路、运算放大电路等。对于基本放大电路信号，其静态工作点易受温度变化的影响，输出信号可能会出现失真[5]。这就需要带电压偏置的放大电路，偏置

飞思卡尔-电磁组

第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告学校：常熟理工学院队伍名称：物电电磁二队参赛队员：梅亚军、沈锦杰、黄志鹏、张峰带队老师：徐健、顾涵关于技术报告和研究论文使用授权的说明本人完全了解第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定，即：参赛作品著作权归参赛者本人，比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料，并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。

参赛队员签名：带队教师签名：日期：摘要本文介绍了常熟理工学院物电电磁二队电磁车的成果。

智能车的硬件平台采用带MK60DN256Vll10处理器，软件平台为IAR Embedded Workbench开发环境，车模采用大赛组委会统一提供的两辆B型车模。

文中介绍了智能车机械结构调整，传感器电路设计，舵机、电机控制算法以及起跑线的检测等。

车模以MK60DN256Vll10单片机为控制核心，以安装在车体前的工字电感作为循迹传感器，采用干簧管检测起跑线，以欧姆龙编码器检测速度信息。

车模系统的简单工作原理是MK60DN256Vll10单片机通过AD口采集电感检测的拟量，并通过算法处理，然后返回值用于舵机控制，根据编码器返回值进行电机的闭环控制。

通过串口，借用蓝牙等工具进行舵机PD参数，电机PID的调节，以及整定传感器参数的整合处理，再通过数字红外进行两车之间联系，保持车距。

关键字：机械结构、电磁寻线、舵机PD控制、电机PID控制目录第一章总体方案设计------------------------------------------------------------------- 7第二章智能车机械结构调整与优化----------------------------------------------------- 92.1主销内倾 --------------------------------------------------------------------- 92.2主销后倾 ------------------------------------------------------------------- 102.3外倾角 --------------------------------------------------------------------- 112.4车轮安装示意图如下：---------------------------------------------- 122.5舵机的安装----------------------------------------------------------------- 122.6舵机安装示意图如下： ----------------------------------------------------- 132.7 小结------------------------------------------------------------------------ 13 第三章电路设计说明---------------------------------------------------------------- 133.1 电源模块 ------------------------------------------------------------------- 133.2 传感器模块 ----------------------------------------------------------------- 143.3 电机模块 ------------------------------------------------------------------- 153.4 舵机模块 ------------------------------------------------------------------- 153.5 最小系统板设计 ------------------------------------------------------------ 153.6 系统主板设计--------------------------------------------------------------- 153.7 小结------------------------------------------------------------------------ 16 第四章智能车控制软件设计说明 ----------------------------------------------------- 174.1 软件设计总体框架 ---------------------------------------------------------- 174.2 电机PID控制 -------------------------------------------------------------- 174.3 舵机的控制----------------------------------------------------------------- 204.4 传感器数据的处理 ---------------------------------------------------------- 214.5 小结------------------------------------------------------------------------ 21 第五章开发工具、制作、安装、调试过程说明 --------------------------------------- 215.1软件编译环境--------------------------------------------------------------- 225.2显示模块 ------------------------------------------------------------------- 225.3蓝牙调试模块 -------------------------------------------------------------- 225.4上位机调试----------------------------------------------------------------- 235.5本章小结 ------------------------------------------------------------------- 23 模型车的主要技术参数说明 ----------------------------------------------------------- 23 结论 ---------------------------------------------------------------------------------- 24 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------- 26 附录A：程序源代码 ------------------------------------------------------------------ 26引言智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

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