【正文】 完成于上圖的配合。由此可得： G=(V1V2)／ 2； C） 角度處理 : 在上圖中 可分析出其判斷水平面內(nèi) 360176。 在這里說明一下程序?qū)Σ傻降?AD 信號做的處理：由于轉(zhuǎn)換后的信號理論上是 0 到 5V 之間 ，傳感器輸出的是正負電壓，所以還要先還原到正 負信號，然后根據(jù) 下圖中的方法確定偏轉(zhuǎn)角度。產(chǎn)生 S/R 脈沖電路稱為置位 /復(fù)位脈沖電路，是采用磁阻傳感器作為磁場傳感器所特有的。其中，工作方式 1 輸出電壓與磁場強度成正比，而工作方式 2輸出電壓與磁場強度成反 比。需要注意的是， S 脈沖與 R 脈沖對傳感器的影響相同，唯一不同的是傳感器輸出信號的改變。由于該變化磁場會造成磁阻變化（ Δ R）并將其轉(zhuǎn)化成變化的差動電壓輸出 ,這樣 ,就能根據(jù)磁場大小正比于輸出差動電壓的原理 ,分別讀取對應(yīng)的兩軸信號 ,然后再進行處理計算即可得到偏轉(zhuǎn)角度。磁場傳感器的原理是利用磁阻（ＭＲ）組成磁式結(jié)構(gòu) ,這樣可改變電磁物質(zhì)在外部磁場中的電阻系數(shù)。由于環(huán)境溫度可能會影響系統(tǒng)精度 ,因此 ,在高精度系統(tǒng)中 ,可以通過補償線圈對其進行補償。 3）、磁場檢測模塊 首先是定磁場檢測 ： 所選器件為 Kmz52 如下圖 : 圖１是 KMZ52 的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳排列 。 4） 、交變磁場放大電路 此上電路為交變信號放大電路以及后面的整流濾波電路，它決定了所需放大信號的大小，左側(cè)的電感電容并聯(lián)決定了 放大信號的通過頻率，即帶通濾波電路 根據(jù)電感值，電容值的大小即可決定當前所要檢測磁場的頻率大小，對有用磁場進行選擇。 本設(shè)計主要涉及磁傳感器 模塊的設(shè)計及制作，其他模塊較常見，只做簡單理論描述，詳細模塊在下文都將涉及到。 根據(jù)這樣的特性，我們采用磁阻傳感器，其原理如下 ： 上圖左側(cè)長條就是一個磁阻傳感器的測量原理，右圖為整體的 測量原理。 實際選用電感值為 10mH、磁芯為鎳鋅材料的工字線圈作為電磁傳感器，其 Q 值較高，具有開放的磁芯，輸出信號幅值大。因此，我們的傳感器就安裝在距導(dǎo)線垂直高度 510cm 處。上圖磁場強度分布圖為垂直方向上距導(dǎo)線 5cm 高度 的強度分布， 圓上的磁場強度大小相同，并隨著距離導(dǎo)線的半徑 r 增加成反比下降。電磁場檢測是課題要解決的第一個關(guān)鍵技術(shù)，需要首先對電磁場 的特性進行分析 ，然后根據(jù) 分析的 結(jié)果選擇合適的 檢測原理，而后再選擇相應(yīng)的 電磁傳感器。 綜上所述，我們選擇 方案 C （ 2） 交變磁場信號放大電路 （ A） 集成電路組成的交流放大器 （ B） 分立式元器件組成放大電路 綜上所述，我們選擇 方案 B （ 3） 定磁場檢測 第一級放大 電路 （ A） 采用差動放大電路，運用三個分立運放 LM324 組成的差動放大電路 組成高輸入阻抗完成微弱電信號的 （ B） 單片集成芯片 AD620， 電路結(jié)構(gòu)簡單：一個 AD620，一個增益設(shè)置電阻 Rg，外加工作電源就可以使電路工作 ，設(shè)計周期短，電路可靠性強。 （ 1） 控制器選擇 （ A） At89s52 是以款普及性很強的控制器，控制簡單，入手容易，易于操作，但此單片機結(jié)構(gòu)較為簡單，功能較少， 速度相對也慢，很難完成本項任務(wù) （ B） Stc 單片機繼承了 51的諸多優(yōu)點 ，同樣含有多種功能模塊運算速度較快，能順利完成 CPU 的數(shù)據(jù)處理 。不管是恒定的還是變化的磁場，其產(chǎn)生的電信號都是很微弱的，因此要采取相應(yīng)的措施進行放大，如利用放大電路進行放大。利用單片機對磁場強度和方向進行測量。作為一門新興的綜合技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于工廠自動料車、固定場地搬運車等技術(shù)領(lǐng)域，具 有良好的應(yīng)用前景。智能小車應(yīng)該說是最基本的機器人雛形，智能小車控制系統(tǒng)的研制將有助于推動智能機器人等 智能 控制系統(tǒng)的發(fā)展。 磁導(dǎo)航智能車 根據(jù)多給交變的磁場信息或是根據(jù)無法人為改變的地球磁場來判斷方向及大小，自行達到預(yù)期的目標并完 成導(dǎo)航任務(wù)。 基于磁場導(dǎo)航智能車控制器的設(shè)計 學(xué) 校 : 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 帶隊教師 : 參賽隊員 : 目錄 第 一 章 前言 ????????????????? ??3 第二章 方案 論證 ?????????? ??? ??? ?4 第三章 整體 設(shè)計 思路 ????? ????? ?? ???5 1） 、 磁場檢測原理 2)、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 3)、 定磁場放大電路 4） 、 交變磁場放大電路 第四章 單元電路 ????????????? ??? 10 1)、 單片 機最小統(tǒng) 2)、 速度 傳感器模塊 3)、 磁場檢測模塊 4)、 電機 驅(qū)動模塊 5)、 舵機驅(qū)動模塊 6)、 LCD 顯示模塊 第五章 軟件設(shè)計 ??????????????? ? 18 第七章 結(jié)論 ?????????????? ? ??? 21 附頁 前言 在智能導(dǎo)航系統(tǒng)中，如無人駕駛飛機、無人駕駛汽車，目前較為常用的導(dǎo)航方式為 GPS導(dǎo)航。而地球磁場的大小和方向是任何人改變不了的，因此如何利用磁場導(dǎo)航具有很高的研究價值。 當今機器人技術(shù)發(fā)展如火如荼，其應(yīng)用已涉及包括國防等眾多領(lǐng)域，工業(yè)自動化，神五、神六升天，無人探月飛船??無不得益于機器人技術(shù)的飛速發(fā)展。 實時采集傳感器信號，智能分析外部環(huán)境、路徑信息，自動實現(xiàn)方向控制及速度調(diào)節(jié)，是智能小車控制的主要特點，其設(shè)計內(nèi)容涵蓋機械、汽車、電子、自動控制、計算機、傳感器技術(shù)等多個學(xué)科的知識領(lǐng)域。 本文設(shè)計 一智能車 ,能夠檢測有磁引導(dǎo)的軌跡識別 ,及自行檢測當前地磁場 .在有磁導(dǎo)航線路時 ,可跟蹤線路磁場 ,自動尋找軌跡 ,并迅速或按照規(guī)定速度前進 .在水平面內(nèi)確定方位角 ,當接受到位置坐標和速度等命令后 ,智能車可再不受人干預(yù)的情況下 ,自行到達目標位置 .實現(xiàn)對特定磁導(dǎo)航的智能循跡和地磁場的方位角的測定 ,以實現(xiàn)水平面內(nèi)的定位 ,用以實現(xiàn)導(dǎo) 航 . 第二章 方案論證 該項目的研究內(nèi)容為首先對磁場導(dǎo)航相關(guān)的理論進行分析，根據(jù)所分析的理論設(shè)計導(dǎo)航模型。在磁場測量方面主要分為 恒定磁場和變化的磁場，對于恒定磁場的測量，可以采用霍爾元件進行測量；對于變化的磁場可以利用電磁感應(yīng)原理進行測量。放大之后的信號經(jīng)過單片機采集分析，最終確定磁場的大小，然后可以通過磁場的大小來判斷磁場的方向，進而進行導(dǎo)航。 （ C） 飛思卡爾 mc9s12xs128單片機是是基于速度更快的 CPU12內(nèi)核的單片機系列，自身具有多個功能模塊，其運行速度快，功能模塊性能強，對完成本課題設(shè)計可以說可以完全勝任，只是價格較高，需要購買專門下載器和編程軟件，在此性價比不高。 綜上所述，我們選擇 方案 B 第三章 整體設(shè)計思路 1） 、 磁場檢測原理 ： 交變 磁場檢測原理 本設(shè)計我們設(shè)計 電磁車要檢測的賽道環(huán)境是由通有 20kHz、 100mA 左右交變電流的導(dǎo)線所產(chǎn)生的電磁場。 通有 20kHz、 100mA 左右交變電流的導(dǎo)線，其周圍的電磁場如下圖： 導(dǎo)線周圍磁場強度與距離的關(guān)系 由上圖，很容易看到導(dǎo)線周圍磁場的強度分布圖。 此時也是 兩者之間較線性的高度值。 導(dǎo)線周圍的磁場強度一般為 1011Gs 左右，我們選用 工字線圈來做磁場強度檢測元件，其檢測的范圍可以達到 1011Gs 的數(shù)量級， 同時它還具有原理簡單、價格便宜、體積相對較小、頻率響應(yīng)快等優(yōu)點。 ： 地 磁場檢測原理 地磁場的檢測，我們在這認為其強度的恒定的，即方向和大小都不變。 2） 、 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 定 系統(tǒng)組成框圖中，我們能夠看到系統(tǒng)的硬件單元主要有 CPU、磁檢測電路、人機界面、舵機控制、 電機驅(qū)動、測速單元等組成。 鋁合金帶玻莫合金薄膜外加磁場電 流θＩＭ 外加磁場–+Vout偏置磁場R+△RR+△RR △RR △RVb 3） 、磁場放大電路 定磁場一級放大 本級放大電路將 AD620微弱的差動信號進行放大，使幅值在 +2V― 2V之間 ，在 1 腳和 8 腳之間的電阻決定了精密放大器的放大倍數(shù)，放大大小為 +1，當前電路的放大倍數(shù)為 100倍 二級電位拉升電路 本電路的主要功能為上級電信號的 的電位提升，使檢測信號又正負信號變成正電源信號，利于下一級模數(shù)轉(zhuǎn)換。 電感線圈外形 第四章 單元電路 1）、單片機最小系統(tǒng) 2） 、 速度 傳感器模塊 MC9S12XS128 最小系統(tǒng)原理 圖 單片機最小系統(tǒng)板 2）、速度傳感器 我們用的是 3000 線編碼器，驅(qū)動電路 電路由比較強完成放大、整形，然后將處理后的脈沖直接送人單片機模數(shù)轉(zhuǎn)換口。圖中 ,Z1和 Z4為翻轉(zhuǎn)線圈 ,Ｚ２和Ｚ３為補償線圈。 KMZ52 內(nèi)部有兩個正交的磁場傳感器 分別對應(yīng)二維平面的Ｘ軸和Ｙ軸。以便在磁場傳感器的翻轉(zhuǎn)線圈 Z1和 Z4上加載翻轉(zhuǎn)電信號后使之能夠產(chǎn)生變 化的磁場。 復(fù)位 /置位電路 使用置位 /復(fù)位電流帶需要施加置位 /復(fù)位脈沖，簡稱 S/R脈沖。這是因為磁阻傳感器有兩種工作方式。對于置位/復(fù)位電流帶輸入正向的脈沖電流磁阻傳感器為工作方式 1；反之則是工作方式 2。 A） 第一級放大電路 :差動放大電路 ad620 ad620 的接線圖中表明了各個引腳的功能，及引腳排布 B） 第二級放大電路 :