四轮电磁智能车的研究与实现

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图2 K60外设接口电路原理图
1、 单片机最小系统模块 最小系统部分是整个智能小汽车的“大脑”，是智能车 系统采集以及处理信号的核心，所以最小系统的可靠性成为 了整个系统稳定运行的重中之重。本文将使用飞思R尔公司 的K60作为系统的控制核心。采用飞思卡尔公司的K60单 片机作为主控芯片，并使用了山外的最小系统板。使用三路 ADC采集，两路PWM,以及LPTMR模块的脉冲计数功能， UART串口功能以及I/O 口若干。 2、 主控电路模块 主控电路模块以单片机最小系统为核心，延伸出小车各
Technology & Application I技术与应用
注：创新实践基地建设-大学生创业培育基金(NO. 5111810810)
摘要：无人智能汽车驾驶技术是目前的研究热点，本文所研究的智能车是基于全国大学生智能车竞
赛的四轮电磁循迹小车，采用飞思卡尔公司的K60单片机作为控制核心，使用IAR作为单片机的编
是很重要的一部分，合理分配电源资源可保证 小车正常运行。电池使用7.2 V、2000 mAh的 镰镉电池作为动力保障，使用TPS7350作为 稳5 V电压源单独为运算放大器供电；使用 lm2940稳5 V给蓝牙、编码器等模块供电；使 用ASM1117-3.3芯片直接为单片机系统供电， 这样的供电管理为小车的正常工作提供了保障。 电源供电模块如图3所示。
传感器世界2019.01 EH
Vol.25 NO.01 Total 283 Ml
技术与应用I Technology & Application
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收稿日期：2018-11-15
轮电磁智能车的研究与实现
贺佳辉侯明路悦蒋泽鑫
北京信息科技大学，北京100192
—、前言 右着汽车数量的急剧增长，对交通系统提岀了越
円旦来越高的要求。优化道路网络系统，提供安全
舒适的驾车环境成为目前科技界需要攻克的一大难题。 在提出的各种解决方案中，无人驾驶技术脱颖而
岀，这种解决方法受到了越来越多的关注。而智能小 车系统就是现实生活中的无人驾驶汽车的缩影，智能 小车与无人驾驶汽车在核心控制方向有着极为相似的 地方，因此，智能小车的研究对于无人驾驶技术的发 展无疑起到了较大的推动。
译环境，循迹对象为通有20 kHz. 100 mA交流电的导线所产生的磁场。本文将对智能汽车的机械
结构、硬件结构以及软件实现做详细讲解，包括对PID控制在方向与速度控制中的应用的描述，这
对无人汽车的研究有很大的实用价值。
关键词：智能车；单片机；电磁
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：1006-883X(20⑼01-0021-05
电池供电及管理也
图3电源供电模块
传感器世界2019.01 I Vol.25 NO.01 Total 283 I
Tech no logy & Applicati on I技术与应用
个模块需使用的外设接口。
外设接口是通过洞洞板把
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K60单片机的接口引岀来 的，主控电路的设计要求 主要就是抗干扰能力强以
5V sensor
C2 22pF
及布局布线的整齐合理度。
除了外设接口外，本系统
主控板还设计了蓝牙转串
口电路，OLED显示屏部
分以及键盘、LED等调试 所用的人机交互模块。
3、 电池供电及电源管 理模块
路径检测 模块
编码器 测速模块
单片机最小系统板
电机驱动 模块
舵机控制 模块
蓝牙串口 传输模块
液晶以及 按键等模块
图1硬件电路结构图
本次设计的最终目的是要使用PID控制技术实现 电磁循迹小车在轨迹上高速、平稳、准确地行驶。电 磁循迹小车就是要检测赛道中心通有20 kHz、100 mA 交流电的通电导线所产生的交变电磁场，并使小车沿 着导线所形成的轨迹进行平稳的行驶。本文将使用三 个工字电感检测导线产生的交变磁场，从而辨别车在 轨迹上的位置。工字电感产生的交变信号通过整流、 滤波，并经过运放将交流信号转变为直流信号，以便 于单片机读取并解算位置。
4、路径检测模块 人正常走路首先通过眼睛看路，然后通过 大脑决策控制双腿正常走路。而我们这里的路 径检测模块就是相当于人身体中的“眼睛”。 智能车所在的电磁组的道路中心线铺设有 —根漆包线，里面通有100 mA的20 kHz交变 电流。因此，在道路中心线周围产生一个交变 磁场，通过道路电磁中心线偏差检测与电机差 动控制实现方向控制。本车使用三个电感解算 出小车的偏差，然后通过pid控制算法得到控 制量，最后作用到舵机上实现小车的正常打角。 智能车釆用10 mH的工字电感线圈搭配 6.8 nF的谐振电容作为整个系统的“眼睛”, 采用工字电感是因为这类电感的磁滞现象可以 感应出类正弦波，从而方便对信号的处理。
二、硬件电路部分 在智能车整体系统的搭建中，硬件电路的作用就
有如建筑物的地基，在整个系统中占有举足轻重的地 位，尤其是到了后期速度快了之后更是尤为明显。
智能小车的硬件可以主要概括为五个部分：单片 机系统模块、主控电路模块(蓝牙串口传输模块、液 晶及按键模块)、电池供电及电源管理模块、路径检 测模块、测速模块以及直流电机驱动模块和舵机控制 模块。硬件电路整体组成见图1所示。