【正文】 以自行繞制，也可以使用市場上能夠比較方便購買的工字型10mH的電感。當(dāng)線圈往左偏移，x∈（15,30），感應(yīng)電動勢差值小于零；反之，當(dāng)線圈往右偏移，x∈(0,15)，感應(yīng)電動勢大于零。 假設(shè)在車模前方安裝兩個水平的線圈。 以上各種磁場測量方法所依據(jù)的原理各不相同，測量的磁場精度和范圍相差也很大，G。但是對于磁場定量精確的測量以及更多測量方法的發(fā)現(xiàn)還是在二十一世紀(jì)初期才得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 由畢奧薩伐爾定律知：通有恒電流I長度L的直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，距離導(dǎo)線距離r處p點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： (31) 由此得： (32)對于無限長直電流來說，上式中則有： (33)由圖313可見，感應(yīng)磁場的分布是以導(dǎo)線為軸的一系列的同心圓。鍵盤是4個按鍵，主要用作各參數(shù)的設(shè)定，保存等任務(wù)。圖37 AMS11175應(yīng)用電路 The application circuit of AMS11175圖38 電機(jī)驅(qū)動模塊 The module of motor driver 速度檢測模塊編碼器用于電機(jī)測速，是電機(jī)閉環(huán)控制的關(guān)鍵檢測反饋元件。因此我們利用AMS11175穩(wěn)壓芯片將電源電壓穩(wěn)壓到5V。本設(shè)計(jì)采用專門的復(fù)位芯片IMP811S，如圖34所示：圖34 復(fù)位電路 The circuit of resett 4）BDM下載線接口電路：當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入BDM模式之后，上位機(jī)可以通過BDM接口單片機(jī)下載程序，進(jìn)行在線調(diào)試，BDM方式是單片機(jī)開發(fā)的最根本的調(diào)試方式。 2）時鐘電路：主要由石英晶體振蕩器和一些電容、電阻組成，雖然單片機(jī)可以由集成到單片機(jī)內(nèi)部的RC振蕩器產(chǎn)生單片機(jī)工作需要的時鐘，但這種簡單的時鐘電路頻率的穩(wěn)定性得不到保證，不如使用外部晶振來得穩(wěn)定。尋址方式有16種。模型車的硬件結(jié)構(gòu)分為路徑識別模塊、速度檢測模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊和電源管理模塊等幾個部分，結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示：圖31 智能車系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 Intelligent car system structure 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) HCS12X系列單片機(jī)簡介Freescale 公司的16位單片機(jī)主要分為HC12 、HCS1HCS12X三個系列Freescale公司的16位單片分為HC1HCS1HCS12X三個系列。然后介紹了汽車在正常行駛中發(fā)生側(cè)滑的原因與減小側(cè)滑的方法，通過調(diào)整車體的重心、質(zhì)量、底盤參數(shù)以及前輪定位能夠減小了智能車運(yùn)行過程中發(fā)生側(cè)滑的可能性。這時候，輪胎會有一些橫向滑動。當(dāng)壓在輪胎上的重量或滑動量發(fā)生改變的時候，這兩個因素的比例就會發(fā)生改變。圖26是滑動量和摩擦力的關(guān)系： 在圖中的橫軸表示滑動量，從0%(沒有滑動，輪胎僅僅是向前滾動)，到100%(輪胎垂直于地面且垂直于車輛行進(jìn)的方向)。 由前面的分析可知，后輪側(cè)滑在模型車的運(yùn)行過程中危害極大（尤其在過彎時），對模型車的過彎速度有很大的影響。好的差速機(jī)構(gòu)，在電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過的角度之間誤差很小，不會有遲滯或者過轉(zhuǎn)動情況發(fā)生?？紤]到智能車競賽對于智能車的動力性高要求有操縱穩(wěn)定性和制動性的要求高，所以可以在安裝電路板、電池位置時，使型車的重心位置靠近前軸，從而提高智能車的整體性能。而汽車制動性要求制動減速大、制動距離短，有良好的制動方向穩(wěn)定性，不易發(fā)生前輪喪失轉(zhuǎn)向、后軸側(cè)滑和跑偏現(xiàn)象。通過實(shí)際測試，力臂的增大的確大大提高了模型車的轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)向。不同之處是主銷內(nèi)傾的回正與車速無關(guān)，主銷后傾的回正與車速有關(guān)，因此高速時后傾的回正作用大，低速時內(nèi)傾的回正作用小。前輪是轉(zhuǎn)向輪，它的安裝位置由主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4 個項(xiàng)目決定，所使用的車模中，車輪和主銷是平行的，調(diào)成了0度左右，適當(dāng)?shù)恼笆梢蕴岣哌B續(xù)轉(zhuǎn)向的反應(yīng)能力。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)“飛思卡爾” 杯全國智能車競賽采用了韓國愛得美公司生產(chǎn)的Matiz系列1:10模型車，如圖21所示:圖21車體機(jī)械圖 Chassis’s mechanical drawing 該模型車底盤采用的是等長雙橫臂式獨(dú)立懸架。本屆比賽在前幾屆比賽的基礎(chǔ)上增加了賽道的難度，增加了彎道和蛇形道在整個賽道中的比重，在決賽中還增加了不同角度的坡道，這對參賽選手及智能模型車系統(tǒng)提出了更高的要求。韓國現(xiàn)代公司自2004年開始免費(fèi)捐贈了一輛轎車作為賽事的特等獎項(xiàng)?；陲w思卡爾單片機(jī)的智能車設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄0 前言 11 概述 2 智能車國外發(fā)展現(xiàn)狀 2 我國的發(fā)展現(xiàn)狀 2 本文的研究內(nèi)容 22 汽車模型機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 4 傳感器的安裝 5 前輪定位 5 主銷內(nèi)傾 5 主銷后傾 5 前輪外傾 6 舵機(jī)的安裝與改進(jìn) 6 主控板的連接與固定 7 重心調(diào)整 7 差速調(diào)整 8 防側(cè)滑理論 8 輪胎影響因素 9 本章小結(jié) 113 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 12 智能車系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 12 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 HCS12X系列單片機(jī)簡介 12 MC9S12XS128性能概述 13 電源管理模塊 17 電機(jī)驅(qū)動模塊 17 速度檢測模塊 18 調(diào)試模塊 19 鍵盤模塊 19 LCD顯示模塊 19 路徑識別模塊 20 導(dǎo)線周圍的電磁場 20 雙水平線圈方案 22 感應(yīng)磁場線圈 25 信號選頻放大 25 幅度測量 26 硬件的抗干擾措施 27 本章小結(jié) 284 軟件設(shè)計(jì) 29 總體控制流程圖 29 控制策略分析 29 控制方法的選擇及分析 31 舵機(jī)調(diào)節(jié) 32 模擬式PID調(diào)節(jié) 33 數(shù)字式PID 33 舵機(jī)控制策略 35 賽道信息 35 舵機(jī)控制策略 35 各個模塊初始化 36 時鐘模塊初始化 36 PWM模塊初始化 37 A/D模塊初始化 38 ECT模塊 38 本章小結(jié) 395 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 406 結(jié)論 41 系統(tǒng)調(diào)試 41 總結(jié) 41 展望 42致謝 44參考文獻(xiàn) 45附錄A 譯文 46附錄B 外文文獻(xiàn) 50附錄C 部分程序 56III0 前言 智能運(yùn)輸系統(tǒng)作為未來交通發(fā)展趨勢之一，為解決城市交通擁擠和堵塞問題提供了有效途徑。2000年智能汽車競賽首先由韓國漢陽大學(xué)承辦開展起來，每年全韓國大約有100余支大學(xué)生隊(duì)伍報(bào)名并準(zhǔn)予參賽，至今己成功舉辦了9屆，得到了眾多高校和大學(xué)生歡迎，也逐漸得到了企業(yè)界的極大關(guān)注。分賽區(qū)的前幾名優(yōu)勝者參加全國的總決賽。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分工作主要包含傳感器的安裝、前輪注銷傾向的調(diào)節(jié)、舵機(jī)的安裝、主控板的連接與固定，干簧管的安裝、驅(qū)動模塊的安裝、編碼器的安裝以及后輪差速的調(diào)整等。前輪定位的作用是保障汽車直線行駛的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向輕便和減少輪胎的磨損。主銷內(nèi)傾和主銷后傾都有使汽車轉(zhuǎn)向自動回正，保持直線行駛的功能。在并非改變舵機(jī)本身結(jié)構(gòu)的條件下，將舵機(jī)豎立起來，加大兩端的力臂，并使其力臂相等。模型車為電機(jī)前后輪同時驅(qū)動，如果僅從此方面考慮，重心應(yīng)該盡量靠近中心。 綜合上面的理論可知:重心靠近后軸，對于模型車動力性能有益；重心靠近前軸，于模型車的制動性和操縱穩(wěn)定性有益。差速器的調(diào)整中要注意滾珠輪盤間的間隙，過松過緊都會使差速器性能降低，轉(zhuǎn)彎時阻力小的車輪會打滑，從而影響賽車的過彎性能。合理地調(diào)節(jié)這些參數(shù)，是前輪側(cè)滑達(dá)到最小。它隨著溫度、壓力，還有更重要的是它隨著滑動量而改變[5]。這是因?yàn)檩喬ジ孛娼佑|的方式其實(shí)是非常特別的，其中包含兩個不同的機(jī)械作用：變形力和粘合力。在圖中右邊的部分，在兩個表面之間的滑動處于支配地位。首先結(jié)合汽車?yán)碚摵痛罅康膶?shí)驗(yàn)對智能車前輪主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角、車輪前束等前輪定位參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，使智能車直線行駛穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向輕便，轉(zhuǎn)向后能自動回正，并減少輪胎的轉(zhuǎn)向零件磨損等。舵機(jī)通過車模的機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向控制，直流電機(jī)為小車提供動力，通過齒輪嚙合直接對前后輪提供驅(qū)動力。CPU外部總線頻率為8MHz，內(nèi)部運(yùn)算速度為25MHz。在單片機(jī)電源端使用電容和電感進(jìn)行濾波，保證單片機(jī)工作的穩(wěn)定性[7]。復(fù)位監(jiān)控器件，主要可以大大提高M(jìn)CU的復(fù)位性能，其原理是通過確定的電壓值（閾值）啟動復(fù)位操作，同時排除瞬間干擾的影響，又有防止MCU在電源啟動和關(guān)閉期間的誤操作，保證數(shù)據(jù)安全。而且在電路設(shè)計(jì)中，考慮到由于電機(jī)驅(qū)動所引起的電源不穩(wěn)定，在電源輸入端各芯片電源引腳多加入濾波電路。IS引腳是電流檢測輸出引腳。LCD采用小巧的手機(jī)液晶屏5110，主要用于小車調(diào)試時，顯示跑道參數(shù)，和各可控單元參數(shù)等。為此，我們將導(dǎo)線周圍變化的磁場近似緩變的磁場，按照檢測靜態(tài)磁場的方法獲取導(dǎo)線周圍的磁場分布，從而進(jìn)行位置檢測[7]。 雙水平線圈方案 人類對于磁場的認(rèn)識和檢測起源很早，我國古代人民很早就通過天然鐵來感知地球磁場的方向，從而發(fā)明了指南針。（6）質(zhì)子磁進(jìn)動磁場測量方法。xyz軸滿足右手方向。為此，我們可以使用相距長度為L的兩個感應(yīng)線圈，計(jì)算兩個線圈感應(yīng)電動勢的差值： (36) 下面假設(shè)L=30cm，計(jì)算兩個線圈電動勢差值如下圖所示： 圖317 感應(yīng)電動勢差值與x函數(shù) EMF difference function with x 從上圖可以看出，當(dāng)左邊線圈的位置x=15cm的時候，此時兩個線圈的中心恰好處于跑道中央，感應(yīng)電動勢差值Ed為0。感應(yīng)線圈可以自行繞制，也可以采用市面上的工資電感。如下表所示：表1 典型的環(huán)境磁場強(qiáng)度范圍 Typical environmental magnetic field intensity range磁場環(huán)境家用電器一米范圍地表面地球磁場工業(yè)電機(jī)和電纜十米范圍內(nèi)磁場性質(zhì) 50HZ 恒定 50HZ20KHZ磁場強(qiáng)度103102 1100104102（3） 比賽選擇20kHz的交變磁場作為路徑導(dǎo)航信號，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場的干擾，因此信號放大需要進(jìn)行選頻放大，使得20kHz的信號能夠有效的放大，并且去除其它干擾信號的影響。 2）傳播路徑：指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。② 注意晶振布線。可減小壓降，并降低耦合噪聲。 總體控制流程圖整個系統(tǒng)由單片機(jī)為主控MCU，對模擬和數(shù)字傳感器信號進(jìn)行采集處理，并對輸出的PWM分別控制，進(jìn)行舵機(jī)和電機(jī)的控制，控制舵機(jī)來決定賽車的角度，通過電路驅(qū)動來控制電機(jī)，決定賽車的速度。在地面附著力一定的情況下，減小汽車行駛速度或者增大汽車轉(zhuǎn)彎半徑都有利于防止汽車的側(cè)滑。這樣過彎路線有利于增大轉(zhuǎn)彎半徑，提高過彎速度，防止側(cè)滑。 (41)程序調(diào)試中，須反復(fù)調(diào)試試驗(yàn)，逐漸逼近最佳狀態(tài)，確定合適的Kp、Kd參數(shù)，并在程序中區(qū)分不同的賽道狀況，動態(tài)切換不同的Kp、Kd參數(shù)組合，最終實(shí)現(xiàn)最佳狀態(tài)的循跡效果。微分控制可以預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前校正作用，因此可以較好的改善動態(tài)性能[10]。由式（44）、（45）、（46）可得數(shù)字PID位置型控制算式為： (47) (48)所謂增量型控制是指數(shù)字控制器的輸出是控制器的增量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳、對運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性較差。4）電機(jī)的負(fù)載特性硬，有較大的過載能力，確保運(yùn)行速度不受負(fù)載沖擊的影響。%時舵機(jī)指向0176。為了縮短A/D的采樣時間，縮短采樣周期，增加采樣點(diǎn)數(shù)。 CRGFLG=0X40。 //0:左對齊輸出；1：中心對齊輸出PWMPRCLK =0x11。PWMPER23 =20000。VDDA和VSSA兩個引腳為ATD模塊提供工作電源和電源地。 ATD0CTL3=0xA0。 TCTL3 = 0X00。 本章小結(jié)本章對控制決策進(jìn)行了分析，選擇了最優(yōu)控制路徑，在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，分析并應(yīng)用了PID控制和PD控制，以達(dá)到更好的控制效果。6 結(jié)論 系統(tǒng)調(diào)試方面結(jié)論在整個的開發(fā)過程中，系統(tǒng)的調(diào)試時間占了很大的一個比重，特別是在開發(fā)的后期階段，系統(tǒng)的調(diào)試對系統(tǒng)的性能起決定性的作用。 總結(jié)經(jīng)過四個月時間的準(zhǔn)備，我完成了計(jì)劃中所需完成的內(nèi)容。軟件設(shè)計(jì)使用的是Metrowerks公司專門為freescale公司開發(fā)的CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境。針對這一問題，采用如下措施：首先，加大舵機(jī)工作電壓，增加舵機(jī)抗負(fù)載能力。穩(wěn)定可靠的獲取當(dāng)前速度，對于賽車調(diào)試來說，具有相當(dāng)重要的意義。3）軟件控制算法方面。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢