飛思卡爾智能車設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、飛思卡爾智能車（電磁組）飛思卡爾智能車設(shè)計(jì)報(bào)告12合肥學(xué)院飛思卡爾智能車（電磁組）目錄1.摘要32.關(guān)鍵字33.系統(tǒng)整體功能模塊34.電源模塊設(shè)計(jì)45.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)46.干簧管設(shè)計(jì)57.傳感器模塊設(shè)計(jì)68.傳感器布局69.軟件設(shè)計(jì)79.1控制算法79.2軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（流程圖）1010.總結(jié)1111.參考文獻(xiàn)1212合肥學(xué)院飛思卡爾智能車（電磁組）1.摘要“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽是由教育部高等自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦的一項(xiàng)以智能汽車為研究對(duì)象的創(chuàng)意性科技競(jìng)賽，是面向全國(guó)大學(xué)生的一種具有探索性工程實(shí)踐活動(dòng)，

2、是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生科技競(jìng)賽之一。該競(jìng)賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵(lì)探索，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用能力、基本工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)大學(xué)生從事科學(xué)研究與探索的興趣和潛能，倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)的學(xué)風(fēng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。該競(jìng)賽以汽車電子為背景，涵蓋自動(dòng)控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的科技創(chuàng)意性比賽。本文介紹了飛思卡爾電磁組智能車系統(tǒng)。本智能車系統(tǒng)是以飛思卡爾32位單片機(jī)K60為核心，用電感檢測(cè)賽道導(dǎo)線激發(fā)的

3、電磁信號(hào)，AD采樣獲得當(dāng)前傳感器在賽道上的位置信息，通過(guò)控制舵機(jī)來(lái)改變車的轉(zhuǎn)向，用增量式PID進(jìn)行電機(jī)控制，用編碼器來(lái)檢測(cè)小車的速度，共同完成智能車的控制。2.關(guān)鍵字電磁、k60、AD、PID、電機(jī)、舵機(jī)3.系統(tǒng)整體功能模塊電源模塊K60控制核心LCD液晶顯示與鍵盤控制器模塊起跑線檢測(cè)測(cè)速模塊舵機(jī)使能控制電路模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體功能結(jié)構(gòu)圖4.電源模塊設(shè)計(jì)12合肥學(xué)院飛思卡爾智能車（電磁組）電源是一個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，電源模塊為系統(tǒng)其他各個(gè)模塊提供所需要的能源保證，因此電源模塊的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。模型車系統(tǒng)中接受供電的部分包

4、括：傳感器模塊、單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、伺服電機(jī)模塊等。設(shè)計(jì)中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)外，還要在電源轉(zhuǎn)換效率、噪聲、干擾和電路簡(jiǎn)單等方面進(jìn)行優(yōu)化。可靠的電源方案是整個(gè)硬件電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。全部硬件電路的電源由7.2V，2A/h的可充電鎳鎘電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個(gè)穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需要的電壓。電源模塊由若干相互獨(dú)立的穩(wěn)壓電源電路組成。在本系統(tǒng)中，除了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電源是直接取自電池外，其余各模塊的工作電壓都需要經(jīng)

5、電源管理芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于智能車使用7.2V鎳鎘電池供電，在小車行進(jìn)過(guò)程中電池電壓會(huì)有所下降，故使用低壓差電源管理芯片LM2940。LM2940是一款低壓穩(wěn)壓芯片，能提供5V的固定電壓輸出。LM2940低壓差穩(wěn)壓芯片克服了早期穩(wěn)壓芯片的缺點(diǎn)。與其它的穩(wěn)壓芯片一樣，LM2940需要外接一個(gè)輸出電容來(lái)保持輸出的穩(wěn)定性。出于穩(wěn)定性考慮，需要在穩(wěn)壓輸出端和地之間接一個(gè)47uF低等效電阻的電容器。舵機(jī)的工作電壓是6伏，采用的是LM7806。K60單片機(jī)和5110液晶顯示器需要3.3伏供電，采用的是LM1117。5.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電

6、路采用英飛凌的BTS7960，通態(tài)電阻只有16mΩ，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)43A，具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)功能，輸入PWM頻率可達(dá)到25KHz，電源電壓5.5V--27.5V。BTS7960是半橋驅(qū)動(dòng)，實(shí)際使用中要求電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，故使用兩片接成全橋驅(qū)動(dòng)。如圖下圖所示。12合肥學(xué)院飛思卡爾智能車（電磁組）驅(qū)動(dòng)電路原理圖6.干簧管設(shè)計(jì)由于電磁組的起始線是直徑為7.5-15mm，高度為1-3mm，表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為3000-5000Gs的永磁鐵，就可以用霍爾元件或干簧管來(lái)檢測(cè)。但是使用霍爾元件需要提供電源，而且霍爾元件是有磁場(chǎng)方向限制的，

7、而且賽道上的磁鐵方向的擺放方向是隨機(jī)的，這就給檢測(cè)帶來(lái)了很大的麻煩。而干簧管沒(méi)有這種限制，使用方便，結(jié)果可靠。最終確定使用干簧管檢測(cè)起始線。為防止漏檢起跑線，在小車每邊并聯(lián)兩個(gè)干簧管，增加檢測(cè)范圍，即共用4個(gè)干簧管對(duì)起跑線進(jìn)行檢測(cè)。干簧管是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)。它通常由兩個(gè)或三個(gè)既導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料做成的簧片觸點(diǎn)，被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開(kāi)關(guān)的常開(kāi)或常閉接點(diǎn)。當(dāng)通過(guò)一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)時(shí)，干簧管就會(huì)吸合，其實(shí)它就像一個(gè)開(kāi)關(guān)一樣，開(kāi)和關(guān)取決于

8、是否經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)。利用此特點(diǎn)，通過(guò)上拉接到單片機(jī)的中斷口，使單片機(jī)快速響應(yīng)起跑線信號(hào)。起跑線檢測(cè)模塊電路如下圖所示：12合肥學(xué)院飛思卡爾智能車（電磁組）起跑線檢測(cè)模塊電路圖7.傳感器模塊設(shè)計(jì)電磁傳感器檢測(cè)路面信息的原理是由電感和電容并聯(lián)產(chǎn)生相應(yīng)的特定頻率諧振，其頻率的設(shè)定為跑到信息頻率的附近，再由諧振感應(yīng)跑到上由變化的電