飞思卡尔电磁组传感器电路
基于飞思卡尔芯片电磁引导智能车设计
基于飞思卡尔芯片的电磁引导智能车设计飞思卡尔智能车竞赛是由教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的全国大学生智能汽车竞赛。
所使用的车模是一款带有差速器的后轮驱动模型车，由组委会统一提供。
比赛跑道为表面白色，中心有0.1 mm～0.3mm直径的连续漆泡线作为引导线，其中漆泡线通有100ma交流电流。
比赛规则限定了跑道宽度50cm和拐角最小半径50cm。
飞思卡尔智能车竞赛一、硬件设计1.电磁传感器对于电磁组来说，传感器的选择是尤为重要的，最原始的办法用线圈产生磁场的办法去切割跑到上的磁场来检测道路信息，开始因为线圈的缠绕是有要求的，电感的大小也是有要求的，漆泡线的粗细也是有要求的，基于上面的问题，我们实验没有成功。
后来，围绕传感器做了很多的实验，做了两个传感器：一个是用三极管做放大的，另一个是用运放做放大的，但结果用运放成本高，运放要双电源而且一般的放大器频带窄满足不了要求，所以选择用三极管做放大。
在距离导线50mm的上方放置垂直于导线的10mh 电感，为了能够更加准确测量感应电容式的电压，还需要将上述感应电压进一步放大，一般情况下将电压峰峰值放大到1v～5v左右，就可以进行幅度检测，所以需要放大电路具有100倍左右的电压增益（40db）。
最简单的设计，可以只是用一阶共射三极管放大电路就可以满足要求。
2.速度传感器车模的驱动力来源于一个直流电动机，为了能很好地控制车模的速度，我们引入了闭环控制系统，这就需要车体能实时地或者尽可能快地了解到速度变化，从而对驱动的电压电流进行调整，尽可能快地达到设定速度并且稳定在设定速度上。
从往届的参赛队伍经验得知，使用一个增量编码器能很好地解决以上问题，终选择了欧姆龙的180线增量型光电编码器。
这款编码器为2相输出。
在实际的测试中，让单片机每10ms返回一次传感器的值，当车模在1米/秒左右速度时能返回60～70多个脉冲，当大于2.5米能返回170多个脉冲，反复测试反馈准确，稳定。
飞思卡尔设计报告
目录目录 (1)山东轻工业学院飞思卡尔电磁组设计报告 (2)一、系统设计原理与电路图 (2)1.电磁检测 (2)2.倾角测量 (2)3.电机驱动 (3)4.速度控制 (4)5.数据显示 (5)6.单片机最小系统 (6)7.电源设计 (6)8.自动控制算法分析如图 (6)二、整体电路框图 (7)三、机械设计 (7)传感器安装： (7)1.速度传感器安装 (7)2.电磁传感器安装 (9)3.车模倾角传感器 (9)四、软件编写与调试篇 (9)山东轻工业学院飞思卡尔电磁组设计报告一、系统设计原理与电路图1.电磁检测道路电磁中心线的偏差检测：通过安装在车模前方的两个电磁感应线圈来实现。
利用电磁线偏差检测信号的数据来分析电磁中心的位置，进而调节车模速度控制信号进行加和减，形成左右轮差动控制电压，使得车模左右轮运行角速度不一致进而控制车模方向。
线圈一般采用10mH 的工字型电感。
如图2.12 所示2.倾角测量平衡控制最主要的参数是车倾斜角度，同时也需要倾斜角速度作运算参数，测量倾斜角度。
方法：使用加速度计或陀螺仪陀螺仪：用来测量角速度信号的变化，通过对角速度积分，即可得到角度值，陀螺仪动态性能极佳，不易受被测体速度和加速度影响。
缺点：容易产生漂移误差，而很小的漂移经过积分都会得到很大的角度误差，因此，陀螺仪不适合单独使用。
加速度计：通过测量重力加速度的垂直分量，可以给出垂直方向的倾斜角度，而加速度计静态响应好，能够准确提供静态的角度。
缺点：但受动态加速度影响较大不适合跟踪动态角度运动可见。
结论：单独使用陀螺仪或加速度计都不理想，因此本设计方案同时使用一个陀螺仪和一个加速度计，对测量数据进行统计计算，用陀螺仪补偿加速度计的动态误差，用加速度计补偿陀螺仪的漂移误差，从而可获得既具有高动态响应又精确稳定的角度数据。
陀螺仪与加速度计电路：车模倾角传感器电路主要是将陀螺仪信号进行放大滤波。
由于加速度传感器采用是低g 值的传感器MMA7260，它的输出信号非常大，不需要再进行放大。
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。
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 电磁组 技术报告
[7]杨延玲.载流直导线的电磁场特性分析[J].山东师范大学.2007
[8]王毅敏.马丽英等.一种改进的数字PID控制算法及其在励磁系统中的应用电网技术[J].1998
[9]高金源，夏洁.计算机控制系统[M].清华大学出版社.2007
[10]第五届北京交通大学电磁二队的技术报告.2010
[11]第五届哈尔滨工程大学电磁组—极品飞车三号队的技术报告.2010
[12]第五届清华大学三角洲电磁队的技术报告.2010
附
源代码
（1）main.c文件代码
#define MotorMax 14000
#define MotorMin10
#define NMAX 3//使用3个电感拟合
本校积极组队参加第六届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。从2010年底着手准备，历时半年多，经过不断试验设计，最终设计出较为完整的智能赛车。在赛区比赛中获得了较好的综合性能和成绩。
在本次比赛中，采用大赛组委会统一提供的竞赛车模，采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128作为核心控制单元，构思控制方案及系统设计，进行包括机械结构的调整与优化，硬件的设计与组装、软件控制算法的编写与改进等过程（小车上的具体方案模块有传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等）从而实现小车智能化的识别道路，最终实现智能化竞速。
电磁传感器是赛车循迹的前提，采用图4.1电路，由谐振回路，放大电路和倍压整流电路三部分组成，电路如下图所示。
图4.1电磁传感器电路
4.2
主板承担着整部赛车各类电源的提供以及信号采集控制任务，主要由各类电源电路和单片机系统与接口电路组成。我们没有将传感器和传感器电路设置在主板上。否则，将大量消耗狭小的底盘安装空间，使得主板面积过小元件信号线过度密集导致抗干扰性能变差，不利于系统的可靠性，电路图与PCB图分别如图4.2、4.3所示。
电磁组_飞思卡尔
小车代码源程序RouteTest.c#include <hidef.h> /* common defines and macros */#include <MC9S12XS128.h> /* derivative information */#include "main.h"#define uint unsigned intuint AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6,AD7,AD8,AD9,ADFULL=0; uint A0=0,A1=0,MAXTEMP0,MINTEMP0,MAXTEMP1,MINTEMP1; uint A2=0,A3=0,MAXTEMP2,MINTEMP2,MAXTEMP3,MINTEMP3; uint A4=0,A5=0,MAXTEMP4,MINTEMP4,MAXTEMP5,MINTEMP5; uint A6=0,A7=0,MAXTEMP6,MINTEMP6,MAXTEMP7,MINTEMP7; uint A8=0,A9=0,MAXTEMP8,MINTEMP8,MAXTEMP9,MINTEMP9;void RouteTest(void){while(!ATD0STAT2_CCF0); //判断通道0是否转换完成AD0=ATD0DR0;if(A0==0){MAXTEMP0=AD0;MINTEMP0=AD0;}else{if(MAXTEMP0<AD0) MAXTEMP0=AD0;if(MINTEMP0>AD0) MINTEMP0=AD0;}A0++;if(A0==LENGTH) {MAXTEMP0=MAXTEMP0-MINTEMP0;}while(!ATD0STAT2_CCF1); //判断通道1是否转换完成 AD1=ATD0DR1;if(A1==0){MAXTEMP1=AD1;MINTEMP1=AD1;}else{if(MAXTEMP1<AD1) MAXTEMP1=AD1;if(MINTEMP1>AD1) MINTEMP1=AD1;}A1++;if(A1==LENGTH) {A1=0;MAXTEMP1=MAXTEMP1-MINTEMP1;}while(!ATD0STAT2_CCF2); //判断通道2是否转换完成 AD2=ATD0DR2;if(A2==0){MAXTEMP2=AD2;MINTEMP2=AD2;}else{if(MAXTEMP2<AD2) MAXTEMP2=AD2;if(MINTEMP2>AD2) MINTEMP2=AD2;}if(A2==LENGTH) {A2=0;MAXTEMP2=MAXTEMP2-MINTEMP2;}while(!ATD0STAT2_CCF3); //判断通道3是否转换完成 AD3=ATD0DR3;if(A3==0){MAXTEMP3=AD3;MINTEMP3=AD3;}else{if(MAXTEMP3<AD3) MAXTEMP3=AD3;if(MINTEMP3>AD3) MINTEMP3=AD3;}A3++;if(A3==LENGTH) {A3=0;MAXTEMP3=MAXTEMP3-MINTEMP3;}while(!ATD0STAT2_CCF4); //判断通道4是否转换完成 AD4=ATD0DR4;if(A4==0){MAXTEMP4=AD4;MINTEMP4=AD4;}else{if(MAXTEMP4<AD4) MAXTEMP4=AD4;if(MINTEMP4>AD4) MINTEMP4=AD4;}A4++;if(A4==LENGTH) {A4=0;MAXTEMP4=MAXTEMP4-MINTEMP4;}while(!ATD0STAT2_CCF5); //判断通道5是否转换完成 AD5=ATD0DR5;if(A5==0){MAXTEMP5=AD5;MINTEMP5=AD5;}else{if(MAXTEMP5<AD5) MAXTEMP5=AD5;if(MINTEMP5>AD5) MINTEMP5=AD5;}A5++;if(A5==LENGTH) {A5=0;MAXTEMP5=MAXTEMP5-MINTEMP5;}while(!ATD0STAT2_CCF6); //判断通道6是否转换完成 AD6=ATD0DR6;if(A6==0){MAXTEMP6=AD6;}else{if(MAXTEMP6<AD6) MAXTEMP6=AD6;if(MINTEMP6>AD6) MINTEMP6=AD6;}A6++;if(A6==LENGTH) {A6=0;MAXTEMP6=MAXTEMP6-MINTEMP6;}while(!ATD0STAT2_CCF7); //判断通道7是否转换完成 AD7=ATD0DR7;if(A7==0){MAXTEMP7=AD7;MINTEMP7=AD7;}else{if(MAXTEMP7<AD7) MAXTEMP7=AD7;if(MINTEMP7>AD7) MINTEMP7=AD7;}A7++;if(A7==LENGTH) {A7=0;MAXTEMP7=MAXTEMP7-MINTEMP7;}while(!ATD0STAT2_CCF8); //判断通道8是否转换完成if(A8==0){MAXTEMP8=AD8;MINTEMP8=AD8;}else{if(MAXTEMP8<AD8) MAXTEMP8=AD8;if(MINTEMP8>AD8) MINTEMP8=AD8;}A8++;if(A8==LENGTH) {A8=0;MAXTEMP8=MAXTEMP8-MINTEMP8;}while(!ATD0STAT2_CCF9); //判断通道9是否转换完成 AD9=ATD0DR9;if(A9==0){MAXTEMP9=AD9;MINTEMP9=AD9;}else{if(MAXTEMP9<AD9) MAXTEMP9=AD9;if(MINTEMP9>AD9) MINTEMP9=AD9;}A9++;if(A9==LENGTH) {A9=0;MAXTEMP9=MAXTEMP9-MINTEMP9;}ADFULL=ADFULL+1;}CarControl.c#include <hidef.h> /* common defines and macros */ #include <MC9S12XS128.h> /* derivative information */ #include "SetPwm.h"#include "main.h"#include "RouteTest.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define value01L -43#define value23L -94#define value45L -90#define value67L -120#define value89L -60#define value01R 43#define value23R 90#define value45R 110#define value67R 130#define value89R 60//#define bentspeed 45//#define dirspeed 45#define valueDL -220#define valueDR 220uint SPEED;//小车速度int CARREL01=0,CARREL23=0,CARREL45=0,CARREL67=0,CARREL89=0; //小车偏移量int ERROR=4050,D_ERROR=0,LASTERROR=4050,E_ERROR=4050,ERRORREL=0; int speedrel=0;uint setspeed=60,realspeed=0;void Delay10us(uint m) //延时10us{uint u;for(;m>0;m--)for(u=0;u<38;u++);}void CarControl(void){//采样100个数据if(ADFULL==LENGTH) {ADFULL=0;//***********************************************CARREL01=MAXTEMP0-MAXTEMP1;CARREL23=MAXTEMP2-MAXTEMP3;CARREL45=MAXTEMP4-MAXTEMP5;CARREL67=MAXTEMP6-MAXTEMP7;CARREL89=MAXTEMP8-MAXTEMP9;if(CARREL01>value01R)//01右转处理{ERROR=4050+CARREL01-value01R;if(ERROR>=4100)ERROR=4100;setspeed=dirspeed;}if(CARREL23>value23R)//23右转处理{ERROR=4100+2*(CARREL23-value23R);if(ERROR>=4264)ERROR=4264;setspeed=dirspeed;}if(CARREL45>value45R)//45右转处理{ERROR=4264+6*(CARREL45-value45R);if(ERROR>=4411)ERROR=4411;setspeed=40;}if(CARREL67>value67R)//67右转处理{ERROR=4411+6*(CARREL67-value67R);if(ERROR>=4600)ERROR=4600;setspeed=bentspeed;}//以上是右转弯处理//******************************************************************* ******//以下是左转弯处理if(CARREL01<value01L)//01{ERROR=4050+CARREL01-value01L;if(ERROR<=4000)ERROR=4000;setspeed=dirspeed;}if(CARREL23<value23L)//23{ERROR=4000+3*(CARREL23-value23L);if(ERROR<=3886)ERROR=3886;setspeed=dirspeed;}if(CARREL45<value45L)//45{ERROR=3886+4*(CARREL45-value45L);if(ERROR<=3794)ERROR=3794;setspeed=(dirspeed+bentspeed)/2;}if(CARREL67<value67L){ERROR=3794+8*(CARREL67-value67L);if(ERROR<=3600)ERROR=3600;setspeed=bentspeed;}D_ERROR=D_ERROR+ERROR-LASTERROR; //误差累积计算 if(D_ERROR>valueDR || D_ERROR<valueDL ) {ERRORREL=D_ERROR;}LASTERROR=ERROR; //保存前一次误差E_ERROR=ERROR+ERRORREL; //叠加误差累计值if(E_ERROR>4600) E_ERROR=4600;if(E_ERROR<3600) E_ERROR=3600;PWMDTY23=E_ERROR;ERRORREL=0;//PWMDTY01=bentspeed;//**************速度控制*************************realspeed=(xishu+1)*speed;speedrel=setspeed-realspeed;if(speedflag==0){if(speedrel<=-10 && (E_ERROR>4400 ||E_ERROR<3800)){PWMDTY45=90; //反转迅速减速PWMDTY01=0;}else{PWMDTY45=0;PWMDTY01=setspeed;}}else{PWMDTY01=setspeed;PWMDTY45=0;}}}Main.c#include <hidef.h> /* common defines and macros */#include <MC9S12XS128.h> /* derivative information */#include "RouteTest.h"#include "CarControl.h"#include "SetPwm.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char//#define dirspeed 60uint STOPCAR=0,speed,speedsum=0,xishu=0,flag=0,jishi=0; uint bentspeed=0,dirspeed=0;uint speedflag=0;void Delay10(uint m) //延时10us{uint u;for(;m>0;m--)for(u=0;u<38;u++);}void Delay(int k) //延时k*1ms{int u;for(;k>0;k--)for(u=0;u<3998;u++);}//总线时钟设置void setbusclock(void){SYNR = 0x02;REFDV = 0x01;while (!(CRGFLG&0x08));CLKSEL =0x80;}/*****************************************************功能：时基中断初始化，实现5ms中断500us进行一次测速。
飞思卡尔智能车电磁组程序员成长之路(未完待续)
飞思卡尔智能车电磁组程序员成长之路1.飞思卡尔智能车小车入门智能汽车电磁组简介:第五届全国大学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。
根据比赛技术要求，电磁组竞赛，需要选手设计的智能车能够检测到道路中心线下电线中20KHz 交变电流产生的磁场来导引小车沿着道路行驶o在平时调试和比赛过程中需要能够满足比赛技术要求的20KHz的交流电源驱动赛道中心线下的线圈。
同时参赛选手需要自行设计合适的电磁传感器来检测赛道信息完成智能寻迹功能。
智能车制作是一个涵盖电子.电气、机械.控制等多个领域和学科的科技创新活动。
简单点来说可以将其分为硬件电路（包括电源.MUC控制部分、电机驱动、传感器）、机械、算法三方面的设计。
电磁组在机械方面可以参照光电组的设计方案，这里不再赘述。
本设计指导只讲述20KHZ电源.电磁传感器设计方案以及部分算法。
智能车对单片机模块需求:人多数0思卡尔的单片机都能满足要求，对参数选「來说抓紧选择一个熟悉的芯片I.手，左做算法调试。
飞思卡尔单片机资源:单片机推君主频IO AD PWM SPI10中斷PIT DMA S度S12840M8716CH8CH1204无K60100/120/150M10416353104415KL2548M6716，1x141X6+2X216724软多CF525 580M100881424低MPC5 60440/64M1061320432416CH低电磁组电磁组芯片电机双电机四路PW控制转向舵机一路「叫"控制路径识别传感器电磁传感器若干路AD采集速股采集编码器商路脉冲计数或10 中断其他传感器起跑线识别中断采集避障超声波雷达若干AD采集机披控制方案摇头舵机P叫控制参数设宜按键10控制交互界面OLED显示SPI或者10模拟智能车程序框架：智能车涉及到10模块，中断模块，PWM 模块，DMA 模块，AD 模块等。
在车模调试中 还有必须的模块。
如SCI 模块、定时器模块，SPI 模块等。
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。
飞思卡尔智能车-电磁传感器与实践
电磁传感器与实践
电磁传感器与实践
由毕奥-萨伐定律有： 0 I B 4 r
其中u为真空磁导率：
所以不难想象磁场强度 非常的弱，难以使用测 磁场的方式检测。
电磁传感器与实践
我们有很多测量磁场的方法，磁场传感器 利用了物质与磁场之间的各种物理效应：磁电效 应（电磁感应、霍尔效应、磁致电阻效应）、磁 机械效应、磁 光效应、核磁共振、超导体与电 子自旋量子力学效应。 我们选取最为传统的电磁感应线圈的方案。 它具有原理简单、价格便宜、体积小（相对小）、 频率响应快、电路实现简单等特点，适应于初学 者快速实现路经检测的方案。
电磁传感器与实践
从上面检测原理可以知道，测量磁场核心是检测线圈的感应电动 势 E 的幅 值。电磁传感器的设计主要包括：感应线圈的选择、信号 选频放大、整流与检测等几个方面，将会涉及到电磁场与波、高频、 模电等相关学科的知识点，这里不再详细的给出各个方案的具体论证 过程，直接给出电路设计系统框图：
电磁传感器与实践
电磁传感器与实践
对于实际传感器摆放位置的说明： 1、水平方向两个平行的线圈
2、水平方向两个内八字的线圈
电磁传感器与实践
3、水平方向两个垂直的线圈 4、水平和竖直方向两个线圈
电磁传感器与实践
使用色环电感制作的传感器：
电磁传感器与实践
使用多排传感器：
电磁传感器与实践
当然传感器的安装方法还有非常多的方法，要靠我们自 己去探索实验，在寻找时，也是一种乐趣，当找的更好 的方法时，你会感到一种满足 感！ 由于本人的水平有限，PPT中可能有不少漏洞，有不全 面的地方，详细内容可以参照《智能小车设计指导》第 二版，本人已上传到QQ群的共享文件中。
h h Ed E1 E2 2 2 2 h 为两传感器之间的距离 x为其中一个传感器到中间导线的距离
飞思卡尔智能车电路设计讲解
6.2.2 电源管理单元
• 同时考虑到稳压芯片L7805CV的额定输出 电流较小，故采用两片L7805CV分别对单 片机电路、车速检测电路、驱动芯片电路 和光电传感器电路供电，以保证系统正常 运行。其稳压电路如图6.8所示。
图6.8 稳压电源单元
MC34063A升压稳压电路
AD参图中的C15为输出电压稳定电容47uF。 • LM336集成电路是精密的2.5V并联稳压器，
其工作相当于一个低温度系数的、动态电 阻为0.2Ω的2.5V齐纳二极管，其中的微调 端(adj)可以使基准电压和温度系数得到微 调。
降压模块--LM1117-5
• 单片机，LCD，CS3020，74HC1G14， ZLG728，LM336的标准供电电压都是5V， 所以需要一个降压稳压芯片LM1117-5来将 电池电压降到需要的5V。考虑到单片机的 核心地位及单片机需要很大的输入电流(输 入电流过小时，单片机会重启动)，拟定用 两片LM1117-5。一片单独给单片机提供电 源，一片给剩余的LCD，CS3020等供电。 设计电路图如图3.10。
CPU最小系统
连接CPU
连接CPU
实现方案和试验结果
CPU最小系统
PAD02 视频信号
IRQ
视频行同步信号
PM1 奇偶场信号
PWM2 12V 斩波升压开关信号；
PWM0,1 电极控制PWM信号；
PWM4 舵机控制信号；
PAD0,1 电池电压，12V电压监测；
7.2.2 电源管理单元
– （1）采用稳压管芯片LM2576将电源电压稳压 到5 V后，给单片机系统电路、车速检测的转角 编码器电路供电，且为后面的升压降压做准备；
– （2）经过一个二极管降至6.5 V左右后供给转 向伺服电机；
满足磁导航智能车信号检测的调理电路设计
满足磁导航智能车信号检测的调理电路设计磁导航组是即将举办的2010年第五届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛中首次引入，新赛制规定，在赛道中心线下铺设漆包线，其中通有f=20 kHz，I=100 mA 的交变电流，频率为（202）kHz，电流为50～150 mA，要求电磁组不允许通过获取道路的光学信息进行路径检测，只能通过检测漆包线周围的磁场来引导小车沿着载流线行驶。
从工作频率、输出信号的大小、器件成本、磁场强度等方面综合考虑，最适合用于磁导航赛道检测的传感器就是感应线圈。
检测线圈安装在智能车体上后，智能车前进过程中线圈与导航载流线之间的空间方位决定了线圈输出的感应电动势，再配接适当的信号调理电路，将检测线圈输出的电信号经过放大、检波等处理，最终转换为智能车单片机能接收的信号，为智能车提供导航依据，这是磁导航智能车能够正确寻道、高速行进的重要基础性工作。
而到目前为止，磁导航的检测研究还很少，本文将对检测线圈配接的信号调理电路进行探讨。
1 检测线圈中的感应电动势由于比赛用车的尺度远小于赛道长度，可将载流导线近似看作无限长直导线。
载流长直导线周围的磁感应线是以导线为轴的同心圆环，B的方向为电流i的右螺旋切向，距离导线a的P点磁感应强度式中0为真空磁导率，i为直导线中的交变电流，以正弦电流激励（若为非正弦波，可看作是一系列正弦波的线性迭加），i=Ipsin2ft，故B为交变磁场，通过放置在导线周围的检测线圈将交变磁场转化为感应电动势。
假设在载流导线正上方竖直放置面积为S，匝数为N的矩形检测线圈，此时磁感应强度与线圈平面垂直，以线圈中心P点处的磁感应强度可估算出通过线圈的磁通量式（4）表明，当线圈绕制成型后，线圈匝数Ⅳ和面积S已确定。
检测线圈输出的感应电动势还与激励电流的幅值，Ip和频率f成正比。
赛制规定的激励电流频率为（202）kHz，变化不超过10％。
但电流范围50～150 mA，变化可达3倍，这将对线圈输出的感应电动势产生很大影响。
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。
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。
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）。
飞思卡尔电路
注释：一字型排布，中间对称发射接收：电路图激光传感控制电路：@1，激光传感（北京科技大）@2杭州电子科技大学（摄像头）速度检测模块硬件板速度检测模块由一对红外对管配以编码盘实现，可以实现一圈24点分辨率。
电路上只有一个电阻结构十分简单。
在编码盘的设计上，我们直接用薄的PCB板嵌入在车模的后轮轴上，简单、牢固。
编码盘外观图如图所示。
车速测定(红外对管)@3吉林大学（摄像头）光电编码器与电路板和单片机的接口：图车速采集模块接口图测速：光电编码器摄像头信号采样电路图：图摄像头信号采样电路图：5v电压电路合肥工大：光电（两层排布）光栅盘测速，如图所示。
光栅盘是从机械鼠标上拆下来，总共有50个齿。
将栅盘直接用热熔胶粘接在后轮传动轴上，避免了打滑的可能。
在栅盘的正下方安装槽型光耦（又称光断续器，实际也是红外光电对管）。
当发射的光线被栅齿挡住，接受端管子应该截止，但该栅齿附近间隙仍有光透过并被接受到，所以截止的不够彻底；同理，本该完全导通时也没有完全导通。
所以接收端接受到的信号实际是连续变化的信号，类似于正弦波，而不是理想的脉冲方波信号。
需要在后级信号调理电路中，加上放大级和比较级电路就可得到与TTL电平兼容的脉冲方波信号。
（乐山师范）：单个传感器检测电路速度检测:ST150为单光束直射取样式光电传感器，它由高输出的红外光电二极管与高灵敏度光敏晶体管组成北京理工（第二届）（直射型光电传感器方案。
）由速度传感器可以获得一个脉冲信号，该信号直接进入S12 芯片的ETC 模块，经程序计算后便可获得当前车速，其电路原理图如上。
广工一队（第一届）VCC图红外发射驱动电路+5图红外接收电路红外发射管不是同时点亮，而是隔足够远的距离的两个发射管同时点亮。
这样就可以把邻近干扰降到最底了。
实际测量中使用长，直径为3mm的黑色套管套住红外接收管时，发射管发射的红外线对相隔一个管的红外接收的干扰几乎已经很小了。
飞思卡尔智能车各模块原理及元器件
飞思卡尔智能车各模块原理及元器件在准备比赛的过程中，我们小组成员经过分析讨论，对智能车各模块的元器件使用方面做如下说明：1、传感器模块：路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，目前能够用于智能车辆路径识别的传感器主要有光电传感器和CCD/CMOS传感器。
光电传感器寻迹方案的优点是电路简单、信号处理速度快，但是其前瞻距离有限；CCD 摄像头寻迹方案的优点则是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理却比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行处理和识别，加快处理速度是摄像头方案的难点之一。
在比较了两种传感器优劣之后，考虑到CCD传感器图像处理的困难后，决定选用应用广泛的光电传感器，相信通过选用大前瞻的光电传感器，加之精简的程序控制和较快的信息处理速度，光电传感器还是可以极好的控制效果的，我们使用11个TK-20型号的光电传感器。
2、驱动模块：驱动电路的性能很大程度上影响整个系统的工作性能。
电机驱动电路可以用MC33886驱动芯片或者用MOS管搭建H桥驱动电路。
MC33886体积小巧，使用简单，但由于是贴片的封装，散热面积比较小，长时间大电流工作时，温升较高，如果长时间工作必须外加散热器，而且MC33886的工作内阻比较大，又有高温保护回路，使用不方便。
采用MOS管构成的H桥电路，控制直流电机紧急制动。
用单片机控制MOS管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
这种电路由于MOS管工作在饱和截止状态，而且还可以选择内阻很小的MOS管，所以效率可以非常高，并且H桥电路可以快速实现转速和方向控制。
MOS管开关速度高，所以非常适合采用PWM调制技术。
所以我们选择了用MOS管搭建H桥驱动电路。
3、电源模块：比赛使用智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 供电，而单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V电源，伺服电机工作电压范围4V到6V（为提高伺服电机响应速度，采用7.2V 供电），直流电机可以使用7.2V 蓄电池直接供电，我们采用的电源有串联型线性稳压电源（LM2940、7805等）和开关型稳压电源（LM2596）两大类。
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）。
飞思卡尔电路板级电磁兼容设计
飞思卡尔半导体 AN2321应用笔记第1版,10/2005电路板级的电磁兼容设计作者:伦德全高级应用工程师飞思卡尔微控制器部香港本应用文档从元件选择、电路设计和印制电路板的布线等几个方面讨论了电路板级的电磁兼容性(EMC设计。
本文从以下几个部分进行论述:第一部分:电磁兼容性的概述第二部分:元件选择和电路设计技术第三部分:印制电路板的布线技术附录A:电磁兼容性的术语附录B:抗干扰的测量标准第一部分:电磁干扰和兼容性的概述电路板极的电磁兼容设计, 第1版第一部分:电磁干扰和兼容性的概述电磁干扰是现代电路工业面对的一个主要问题。
为了克服干扰,电路设计者不得不移走干扰源,或设法保护电路不受干扰。
其目的都是为了使电路按照预期的目标来工作——即达到电磁兼容性。
通常,仅仅实现板级的电磁兼容性这还不够。
虽然电路是在板级工作的,但是它会对系统的其它部分辐射出噪声,从而产生系统级的问题。
另外,系统级或是设备级的电磁兼容性必须要满足某种辐射标准,这样才不会影响其他设备或装置的正常工作。
许多发达国家对电子设备和仪器有严格的电磁兼容性标准;为了适应这个要求,设计者必须从板级设计开始就考虑抑制电子干扰。
电磁环境的组成一个简单的电磁干扰模型由三个部分组成:• 电磁干扰源• 耦合路径• 接收器电磁干扰模型的组成如图1所示。
(减少噪声源级别 (降低电磁辐射 (降低电磁辐射 (增加接收器抗干扰能力图1. 电磁干扰模型的组成电磁干扰源电磁干扰源包括微处理器、微控制器、静电放电、传送器、瞬时功率执行元件,比如说:机电式继电器、开关电源、闪电等。
在一个微控制器系统里,时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器,而这个噪声被分散到了整个频谱。
随着大量的高速半导体器件的应用,其边沿跳变速率非常快,这种电路可以产生高达300MHZ 的谐波干扰。
2 General Business Information 飞思卡尔半导体第一部分:电磁干扰和兼容性的概述电路板极的电磁兼容设计, 第1版耦合路径噪声被耦合到电路中最简单的方式是通过导体的传递。
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电磁组传感器电路一、漆包线检测电路
•谐振电路
•交流放大电路
•整流电路
•直流放大电路
二、交流放大电路
三、整流电路
四、直流放大电路
五、起跑线检测电路
六、电路板高度选择
•电感线圈的高度选择
•霍尔元件的高度选择电感线圈的高度选择
•由实验测得，线圈离地1.5~2.0cm为最合适。
如果线圈在漆包线正上方，则该线圈输出的信号经处理后为3v DC，其他输出信号为零；如果漆包线在两线圈中间，则离漆包线最近的两个线圈都输出1v DC，其他线圈输出信号为零。
这样当漆包线在传感器板下方时，至少可保证有一个传感器能检测到。
霍尔元件的高度选择
•见霍尔元件测试。
•有以上测试得，传感器电路板高度定位1.7cm最好。