【正文】 ，在赤道磁場和當?shù)氐乃矫嫫叫?，所以在北半球磁場方向傾斜指向地面。用來衡量磁感應(yīng)強度大小的單位是Tesla或者Gauss（1Tesla=10000Gauss）。隨著地理位置的不同， Gauss。需要注意的是，磁北極和地理上的北極并不重合，通常他們之間有11度左右的夾角。圖58 磁偏角示意圖地磁場是一個矢量，對于一個固定的地點來說，這個矢量可以被分解為兩個與當?shù)厮矫嫫叫械姆至亢鸵粋€與當?shù)厮矫娲怪钡姆至?。如果保持磁場強度傳感器和當?shù)氐乃矫嫫叫?，那么磁場強度傳感器的三個軸就和這三個分量對應(yīng)起來，如圖59所示。圖59 磁向量示意圖實際上對水平方向的兩個分量來說，他們的矢量和總是指向磁北的。磁場強度傳感器中的航向角就是當前方向和磁北的夾角。由于磁場強度傳感器保持水平，只需要用磁場強度傳感器水平方向兩軸（通常為X軸和Y軸）的檢測數(shù)據(jù)就可以用式計算出航向角。當磁場強度傳感器水平旋轉(zhuǎn)的時候，航向角在0 360度之間變化。磁場強度傳感器主要是通過感知地球磁場的存在來計算磁北極的方向。，而大部分電子設(shè)備都會產(chǎn)生26高斯的磁場，這一特點使得針對電子設(shè)備表面地球磁場的測量很容易受到電子設(shè)備本身的干擾。磁場干擾是指由于具有磁性物質(zhì)或者可以影響局部磁場強度的物質(zhì)存在，使得磁傳感器所放置位置上的地球磁場發(fā)生了偏差。如圖510所示，在磁傳感器的XYZ 坐標系中，右邊的圓表示地球磁場矢量繞z軸圓周轉(zhuǎn)動過程中在XY平面內(nèi)的投影軌跡，再沒有外界任何磁場干擾的情況下，此軌跡將會是一個標準的以O(shè)(0,0)為中心的圓。當存在外界磁場干擾的情況時，測量得到的磁場強度矢量α將為該點地球磁場β與干擾磁場γ的矢量和。記作：圖510 磁場強度示意圖一般可以認為，干擾磁場γ在該點可以視為一個恒定的矢量。有很多因素可以造成磁場的干擾，如擺放在電路板上的馬達和喇叭，還有含有鐵鎳鈷等金屬的材料如屏蔽罩，螺絲，電阻， LCD背板以及外殼等等。同樣根據(jù)安培定律有電流通過的導(dǎo)線也會產(chǎn)生磁場一般可以認為，干擾磁場γ在該點可以視為一個恒定的矢量。有很多因素可以造成磁場的干擾，如擺放在電路板上的馬達和喇叭，還有含有鐵鎳鈷等金屬的材料如屏蔽罩，螺絲，電阻， LCD背板以及外殼等等。同樣根據(jù)安培定律有電流通過的導(dǎo)線也會產(chǎn)生磁場，為了校準這些來自電路板的磁場干擾，主要的工作就是通過計算將γ求出。針對XY軸的校準，將配備有磁場強度傳感器的設(shè)備在XY平面內(nèi)自轉(zhuǎn)，等價于將地球磁場矢量繞著過點O(γx,γy)垂直于XY平面的法線旋轉(zhuǎn)， 而左邊的圓為磁場矢量在旋轉(zhuǎn)過程中在XY平面內(nèi)投影的軌跡。這可以找到圓心的位置為， 。同樣將設(shè)備在XZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)可以得到地球磁場在XZ平面上的軌跡圓，這可以求出三維空間中的磁場干擾矢量γ(γx, γy, γz)。經(jīng)過校準后電子指南針在水平面上已經(jīng)可以正常使用了。但是更多的時候手機并不是保持水平的，通常它和水平面都有一個夾角。這個夾角會影響航向角的精度，需要通過加速度傳感器進行傾斜補償。對于一個物體在空中的姿態(tài)，定義為x軸和水平面的夾角，圖511所示方向為正方向；定義為y軸和水平面的夾角。由Pitch角引起的航向角的誤差如圖512所示?？梢钥闯?，在x軸方向10度的傾斜角就可以引起航向角最大78度的誤差。圖511 磁傳感器夾角示意圖圖512 干擾示意圖當磁場強度傳感器在空中的傾斜姿態(tài)如圖511所示，通過3軸加速度傳感器檢測并計算出和，以及磁場強度傳感器測得的三軸數(shù)據(jù)、。最后根據(jù)公式 （式51） （式52）求出航向角。 程序流程圖圖513 HMC5883L校準程序流程圖圖514 HMC5883L獲取方向角程序流程圖 相關(guān)代碼include include include define CalThreshold 0 //5883L校準時的比較值HMC5883L mag。 //5883L命名int16_t mx,my,mz。 // 5883L存儲的初始值int offsetX,offsetY,offsetZ。//5883L校準時的偏差值()。 //打開I2C接口(false)。 //HMC5883L在MPU6050總線上，設(shè)置關(guān)閉占用(true) 。(false)。()。 //初始化5883L(() ? HMC5883L connection successful : HMC5883L connection failed)。 //測試是否連接上5883L設(shè)備calibrateMag()。 //校準5883L //*********磁傳感器器校準，在20S內(nèi)原地轉(zhuǎn)多個360度完成校準*********void calibrateMag(){ int x,y,z。 int xMax,xMin,yMax,yMin,zMax,zMin。 (amp。x,amp。y,amp。z)。//獲取指向數(shù)據(jù) xMax=xMin=x。 yMax=yMin=y。 zMax=zMin=z。 offsetX = offsetY = offsetZ = 0。 (Starting Calibration.......)。 (Please turn your device around in 20 seconds.)。 for(int i=0。i200。i++) { (amp。x,amp。y,amp。z)。 //排序比較大小 if(x xMax ) xMax = x。 if(x xMin ) xMin = x。 if(y yMax ) yMax = y。 if(y yMin ) yMin = y。 if(z zMax ) zMax = z。 if(z zMin ) zMin = z。 delay(100)。 if(i%10 == 0) { (xMax)。 ( )。 (xMin)。 } } if(abs(xMax xMin) CalThreshold ) //將最大值與最小值平均處理 offsetX = (xMax + xMin)/2。 if(abs(yMax yMin) CalThreshold ) offsetY = (yMax + yMin)/2。 if(abs(zMax zMin) CalThreshold ) offsetZ = (zMax + zMin)/2。 (offsetX:)。 ()。 (offsetX)。 ( offsetY:)。 ()。 (offsetY)。 ( offsetZ:)。 ()。 (offsetZ)。 delay(5000)。 }//**********磁傳感器角度測量，返回與N極角度**********int headingMag(){ double XH,YH。 float heading。 int rheading。 (amp。mx, amp。my, amp。mz)。 //讀取傳感器個方向原始值 my = my offsetY。//校準值進行補償 mx = mx offsetX。XH = mx*cos( PITCH() ) + my*sin( ROLL() )*sin( PITCH() ) ( mz*cos( ROLL() )*sin( PITCH() ) )。 //利用MPU6050對5883L進行校準 YH = my*cos( ROLL() ) + ( mz*sin( ROLL() ) )。 heading = atan2(YH,XH)。 heading +=。 //磁偏角補償 if(heading 0 ) heading += 2 * M_PI。 heading = heading * 180/M_PI。 //弧度值轉(zhuǎn)換角度 return rheading = int (heading)。} 舵機控制程序設(shè)計 基本原理舵機是有直流電機、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動控制系統(tǒng)。通過發(fā)送PWM信號，指定輸出軸旋轉(zhuǎn)角度。舵機自帶位置檢測器，當位置改變時，位置檢測器的阻值就會跟著改變，通過控制電路讀取該電阻值的大小，就能根據(jù)阻值適當調(diào)整電機的速度和方向，使電機向指定角度旋轉(zhuǎn)。圖515 舵機原理圖舵機控制信號是一種脈寬調(diào)制（PWM）信號，脈沖的高電平持續(xù)1到2毫秒（ms），也就是1000到2000微秒(181。s)。在1000181。s時，舵機左滿舵。在2000181。s時，右滿舵。控制脈沖的低電平持續(xù)20毫秒。每經(jīng)過20毫秒（50次每秒），就要再次跳變?yōu)楦唠娖?。圖516 舵機信號原理圖，因此在程序編寫的時候不需要考慮占空比的問題，可以隨意輸出舵機角度。但是舵機往往有一個最大行程，當超過最大行程時，舵機會造成吃力導(dǎo)致?lián)p壞，因此要限制角度，當車輛需要旋轉(zhuǎn)角度超過最大行程時，只輸出舵機的極限值。 程序流程圖圖517 舵機程序流程圖 相關(guān)代碼include Servo servo1。 //舵機命名int servo_angle。 //舵機當前位置int direct_angle。 //車輛需要轉(zhuǎn)的角度(9)。 // 舵機接口pin9servo_angle=90。 //初始化舵機角度90度//**********舵機控制函數(shù)，輸入方向左為true 右為false，轉(zhuǎn)向角度，舵機當前角度,輸出舵機應(yīng)該到達角度**********int servo_reachangle(bool direct,int direct_angle,int servo_angle){int angle。if (direct==true) { angle=servo_angle+direct_angle。 if (angle=120amp。amp。angle=60) { return angle。 } else if(angle120) { return 120。 } else { (Servo Erro _right)。 while(1)。 } }else { angle=servo_angledirect_angle。 if (angle=60amp。amp。angle=120) { return angle。 } else if(angle60) { return 60。 } else { (Servo Erro _left)。 while(1)。 } }}結(jié)論本文從車輛導(dǎo)航國內(nèi)外的現(xiàn)狀出發(fā)，分析了目前智能車和車輛導(dǎo)航的發(fā)展。并提出了一整套針對智能車的機械、軟硬件方案，以及對方案中提出的各個技術(shù)模塊所涉及到的理論知識給出了較為詳細的介紹和說明。本系統(tǒng)設(shè)計主要為GPS導(dǎo)航所設(shè)計，可以預(yù)先設(shè)計好車輛目的經(jīng)緯度坐標，實現(xiàn)全程無人駕駛。同時從系統(tǒng)的設(shè)計目標出發(fā)，本文詳細的介紹了系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算、硬件電路設(shè)計與元件的選型、軟件編程，并且制作了實物模型。隨后，本文對車載軟件進行了專門的敘述，按照弄能模塊劃分設(shè)計了GPS模塊、傳感器模塊和舵機模塊等子程序，并通過導(dǎo)航算法加以整合，系統(tǒng)目前已經(jīng)基本實現(xiàn)了設(shè)計目標，具有一定的實用價值。實物展示視頻：致謝首先要對我的導(dǎo)師林海鵬教授表達最誠摯的謝意。林教授平日里工作繁多，卻對我的畢業(yè)設(shè)計各個階段都進行了悉心指導(dǎo)。感謝航模實驗室楊格老師，為我的畢業(yè)設(shè)計提供研究場所和設(shè)備，多年的比賽和訓練，讓我大學四年的時光沒有浪費，并且增長了許多知識和經(jīng)驗。感謝黨委宣傳部楊宇老師，在三年的新聞中心工作時光，學到了拍攝和剪輯知識，并且在本次畢業(yè)設(shè)計期間借給我許多拍攝設(shè)備。最后感謝實驗室的同學們，一起度過美好的大學生活，大家一起相互學習，互相幫助，共同進步，讓我大學期間的生活有了美好的回憶，感謝10屆的陳興元學長和陳發(fā)展學長，在深圳實習工作期間給予我最大的支持和幫助。參考文獻1 [D].西安：:510.2 張其善，吳今培，[M].北京：科學出版社,2002:125.3 ANTONIOU Michail，CHERNIAKOV Mikhail，Spacesurface bistatic synthetic aperture radar with navigation satellite transmissionl:a review[J].Science 2015：13.4 Urmson,Chris， Bagnell，Christopher ，Martial Hebert，Alonzo Kelly，Raj Rajkumar，Paul racing:A multimodal approcah to the DARPA urban .5 Montemerlo, Michael, Jan Be