【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 了六路傳感器，從而引出三個(gè)LMV358雙運(yùn)放六個(gè)AD接口。 單片機(jī)及其他電路部分設(shè)計(jì)核心控制單元：K60（主頻128MHz，F(xiàn)lashRom512KB，具備SPI，SCI，IIC等常用接口），根據(jù)需要引出適量的管腳。 單片機(jī)測(cè)速：在電機(jī)側(cè)方通過編碼器支架固定歐普龍編碼器，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生矩形波，再由單片機(jī)輸入捕捉周期記錄脈沖數(shù)據(jù)此獲取速度信息。用歐普龍編碼器（500線）測(cè)速要比光電編碼盤精度高很多。測(cè)速模塊供給主板的信號(hào)要經(jīng)過整波，使用上拉電阻提高其峰值電壓，再使用三態(tài)門將波形整為矩形波（具體使用相見歐普龍編碼器使用說明）。 測(cè)速模塊人機(jī)交互：撥檔開關(guān)用于輸入?yún)?shù)，設(shè)定車速，策略調(diào)整，用藍(lán)牙模塊小車狀態(tài)便于調(diào)試。 撥碼開關(guān) 智能車傳感器模塊設(shè)計(jì)根據(jù)飛思卡爾組委會(huì)的出臺(tái)的相關(guān)規(guī)定，我們查閱相關(guān)資料看，向前輩請(qǐng)教，最終選擇了10mH的工字電感作為我們道路識(shí)別的電磁傳感器，這種電感得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)曲線是較為規(guī)整的正弦波，頻率和賽道電源頻率一致，為20kHz，幅值較其他型號(hào)的大，且隨導(dǎo)線距離變化，規(guī)律為近大遠(yuǎn)小。根據(jù)電磁學(xué)里的相關(guān)原理，我們知道在導(dǎo)線中通入變化的電流（如按正弦規(guī)律變化的電流），則導(dǎo)線周圍會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)與電流的變化規(guī)律具有一致性。如果在此磁場(chǎng)中置一由線圈組成的電感，則該電感上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和通過線圈回路的磁通量的變化率成正比。由于在導(dǎo)線周圍不同位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向不同，所以不同位置上的電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也應(yīng)該是不同。據(jù)此，則可以確定電感的大致位置。確定使用電感作為檢測(cè)導(dǎo)線的傳感器，但是其感應(yīng)信號(hào)較微弱，且混有雜波，所以要進(jìn)行信號(hào)處理。要進(jìn)行以下三個(gè)步驟才能得到較為理想的信號(hào)：信號(hào)的濾波，信號(hào)的放大，信號(hào)的檢波。1）信號(hào)的濾波比賽選擇20kHz的交變磁場(chǎng)作為路徑導(dǎo)航信號(hào)，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場(chǎng)的干擾，因此信號(hào)放大需要進(jìn)行選頻放大，使得20kHz 的信號(hào)能夠有效的放大，并且去除其它干擾信號(hào)的影響。使用 LC并聯(lián)諧振電路來(lái)實(shí)現(xiàn)選頻電路（帶通電路）。 LC并聯(lián)電路其中，E是感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，L是感應(yīng)線圈的電感值，R0是電感的內(nèi)阻，C 是并聯(lián)諧振電容。電路諧振頻率為： （）已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率=20kHz，感應(yīng)線圈電感為L(zhǎng)=10mH，可以計(jì)算出諧振電容的容量為C=109 F 。通常在市場(chǎng)上可以購(gòu)買到的標(biāo)稱電容與上述容值最為接近的電容為 ，所以在實(shí)際電路中選用 。2）信號(hào)的放大由第一步處理后的電壓波形已經(jīng)是較為規(guī)整的20kHz正弦波，但是幅值較小，隨著距離衰減很快，不利于電壓采樣，所以要進(jìn)行放大，官方給出的如下參考方案即用三極管進(jìn)行放大，但是用三極管放大有一個(gè)不可避免的缺點(diǎn)就是溫漂較大，而且在實(shí)際應(yīng)用中靜電現(xiàn)象嚴(yán)重。 共射三極管放大電路因此我們放棄三極管放大的方案，而是采用集成運(yùn)放進(jìn)行信號(hào)的放大處理，集成運(yùn)放較三極管優(yōu)勢(shì)是準(zhǔn)確受溫度影響很小，可靠性高。集成運(yùn)放放大電路有同相比例運(yùn)算電路和反相比例運(yùn)算電路，我們?cè)趯?shí)際中使用反相比例運(yùn)算電路。由于運(yùn)放使用單電源供電，因此在同相端加vcc/2的基準(zhǔn)電位，基準(zhǔn)電位由電阻分壓得到。3）信號(hào)的檢波測(cè)量放大后的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值E可以有多種方法。 最簡(jiǎn)單的方法就是使用二極管檢波電路將交變的電壓信號(hào)檢波形成直流信號(hào)，然后再通過單片機(jī)的AD采集獲得正比于感應(yīng)電壓幅值的數(shù)值。我們采用的為競(jìng)賽組委會(huì)給出的第一種方案即使用兩個(gè)二極管進(jìn)行倍壓檢波。倍壓檢波電路可以獲得正比于交流電壓信號(hào)峰峰值的直流信號(hào)。為了能夠獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍， 倍壓檢波電路中的二極管推薦使用肖特基二極管或者鍺二極管。~，小于普通的硅二極管（），可以增加輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和增加整體電路的靈敏度。這里選用常見的的肖特基二極管1N5817。最終方案確定如下對(duì)于直導(dǎo)線，當(dāng)裝有小車的中軸線對(duì)稱的兩個(gè)線圈的小車沿其直線行駛，即兩個(gè)線圈的位置關(guān)于導(dǎo)線對(duì)稱時(shí)，則兩個(gè)線圈中感應(yīng)出來(lái)的電動(dòng)勢(shì)大小應(yīng)相同、且方向亦相同。若小車偏離直導(dǎo)線，即兩個(gè)線圈關(guān)于導(dǎo)線不對(duì)稱時(shí)，則通過兩個(gè)線圈的磁通量是不一樣的。這時(shí)，距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)大于距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的那個(gè)線圈中的。根據(jù)這兩個(gè)不對(duì)稱的信號(hào)的差值，即可調(diào)整小車的方向，引導(dǎo)其沿直線行駛。 對(duì)于弧形導(dǎo)線，即路徑的轉(zhuǎn)彎處，由于弧線兩側(cè)的磁力線密度不同，則當(dāng)載有線圈的小車行駛至此處時(shí)，兩邊的線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)是不同的。具體的就是，弧線內(nèi)側(cè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于弧線外側(cè)線圈的，據(jù)此信號(hào)可以引導(dǎo)小車拐彎。 另外，當(dāng)小車駛離導(dǎo)線偏遠(yuǎn)致使兩個(gè)線圈處于導(dǎo)線的一側(cè)時(shí)，兩個(gè)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也是不平衡的。距離導(dǎo)線較近的線圈中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)大于距離導(dǎo)線較遠(yuǎn)的線圈。由此，可以引導(dǎo)小車重新回到導(dǎo)線上。 由于磁感線的閉合性和方向性，通過兩線圈的磁通量的變化方向具有一致性，即產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，所以由以上分析，比較兩個(gè)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小即可判斷小車相對(duì)于導(dǎo)線的位置，進(jìn)而做出調(diào)整，引導(dǎo)小車大致循線行駛。采用雙水平線圈檢測(cè)方案，在邊緣情況下，其單調(diào)性發(fā)生變化，這樣存在一個(gè)定位不清的區(qū)域（）。同一個(gè)差值，會(huì)對(duì)應(yīng)多個(gè)位置，不利于定位。另外，受單個(gè)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大距離限制，兩個(gè)線圈的檢測(cè)廣度很有限。 雙線圈差值法有定位不清區(qū)域現(xiàn)提出一種優(yōu)化方案：5個(gè)垂直放置的電感按“一”字排布，每個(gè)電感相距約為5cm（），這樣覆蓋賽道范圍約為25cm。三個(gè)“一”字排布的電感可以大大提高檢測(cè)密度和廣度，向前有兩個(gè)電感，最可以提高前瞻，改善小車入彎狀態(tài)和路徑，兩個(gè)45176。的電感，可以改善入彎和出彎的姿態(tài)。第四章 智能車控制軟件設(shè)計(jì)說明控制程序是比賽過程中的重點(diǎn)，一輛小車的能否跑起來(lái)主要看硬件是否穩(wěn)定，一輛小車的跑的快慢，成績(jī)好壞則很大程度上決定于控制算法?？刂瞥绦蚴侨说乃枷朐谲嚹ｓw現(xiàn)，程序要體系化，模塊化，穩(wěn)定化，目標(biāo)是將硬件電路和機(jī)械性能發(fā)揮到最大，讓車模用最快的速度完成比賽。編寫初始化函數(shù)void All_Init(void)void All_Init(void){ uart_init (UART0,9600)。 pit_init_ms(PIT0,1)。 pit_init_ms(PIT1,9)。 adc_init(ADC1,SE4a)。//電感1輸入，硬件接口E0 adc_init(ADC1,SE5a)。//電感2輸入，硬件接口E1 adc_init(ADC1,SE6a)。//電感3輸入，硬件接口E2 adc_init(ADC1,SE7a)。//電感4輸入，硬件接口E3 adc_init(ADC0,SE17)。//電感1輸入，硬件接口PTE24 adc_init(ADC0,SE18)。//電感2輸入，硬件接口PTE25 gpio_init (PORTD, 8, GPI,1)。 gpio_init (PORTD, 9, GPI,1)。 gpio_init (PORTD, 10, GPI,1)。 //exti_init(PORTB, 3, falling_up)。 gpio_init (PORTD, 11, GPI,0)。 gpio_init (PORTD, 12, GPI,0)。 gpio_init (PORTD, 13, GPI,0)。 gpio_init (PORTD, 14, GPI,0)。 gpio_init (PORTD, 15, GPI,0)。 exti_init(PORTB,3,falling_up)。 FTM_PWM_init(FTM0,CH4,50, 0)。//舵機(jī)控制PWM波輸出，硬件接口C2 FTM_PWM_init(FTM1,CH0,15000, 0)。 //電機(jī)PWM波控制輸出，硬件接口C3 FTM_PWM_init(FTM1,CH1,15000, 0)。//FTM_PRECISON為10000u FTM_PWM_init(FTM2,CH0,15000, 0)。 //電機(jī)PWM波控制輸出，硬件接口A1 FTM_PWM_init(FTM2,CH1,15000, 0)。 DMA_count_Init(DMA_CH0, PTA19, 65535, DMA_rising)。 //DMA_count_Init(DMA_CH1, PTC5, 65535, DMA_rising)。 //lptmr_counter_init(LPT0_ALT1,65535,2, LPT_Rising)。//LPT 測(cè)速硬件接口c5 PTA19} 編寫采集濾波函數(shù)void Get_Average(void) ，其功能是AD口多次采集某個(gè)通道（對(duì)應(yīng)某個(gè)電感）的電壓值，然后求其平均值，從而達(dá)到濾波的作用，然后說返回給函數(shù)。多次采集求平均值的原因是由于系統(tǒng)中存在噪聲或干擾，進(jìn)行算法濾波抑制和防止干擾是必要的措施。在這里選擇“加權(quán)遞推平均濾波法”。定義一個(gè)循環(huán)隊(duì)列，把連續(xù)取N個(gè)采樣值入隊(duì)，假設(shè)隊(duì)列的長(zhǎng)度為N，每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，隊(duì)滿后對(duì)首數(shù)據(jù)出隊(duì)原隊(duì)首位置成為隊(duì)尾并入隊(duì)（即始終保持隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)為最新）。越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均運(yùn)算，就可獲得新的濾波結(jié)果。特點(diǎn)是給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號(hào)平滑度越差。優(yōu)點(diǎn)是適合采樣周期較短的系統(tǒng)，改變權(quán)重即可調(diào)整靈敏度。該濾波器采集某一通道數(shù)據(jù)N次，然后進(jìn)行濾波計(jì)算，：新采集6個(gè)通道數(shù)據(jù)各一次更新隊(duì)列，數(shù)據(jù)入隊(duì)繼續(xù)采集將形成的隊(duì)列進(jìn)行加權(quán)計(jì)算平均值，越早的數(shù)據(jù)權(quán)重越小，越新的數(shù)據(jù)權(quán)重越大得出新的平均值 加權(quán)遞推平均濾波流程圖：某一時(shí)刻，采五個(gè)“一”字排布的電感的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，找出一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大的電感（計(jì)為M），導(dǎo)線必然會(huì)離這個(gè)電感最近。然后讀出該電感相鄰左右兩個(gè)電感的值（分別計(jì)為L(zhǎng)和R）。會(huì)有以下三種情況：當(dāng)L值大于R值，說明導(dǎo)線在L和M之間；當(dāng)L值小于R值，說明導(dǎo)線在R和M之間；當(dāng)L值約等于R值，說明導(dǎo)線在M正上。對(duì)于特殊情況，如M在最左或最后，缺相鄰的L或R，可直接將導(dǎo)線位置定位于M，且由M值大小得出遠(yuǎn)離程度。該情況說明傳感器偏離賽道很嚴(yán)重。以上這種通過找感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大的電感M和相鄰電感L和R在確定電感和導(dǎo)線的相對(duì)位置的方法，是一種初步的定位方法。這里再次深化討論，先設(shè)立一個(gè)閾值T，分兩種情況：當(dāng)|L值－R值|＜T，即L值約等于R值，說明導(dǎo)線在M正