文档介绍：第七届“飞思卡尔”杯全国大学生
智能汽车竞赛
技术报告
基于电磁传感器的两轮自平衡智能车路径识别控制系统
学校:北京联合大学
队伍名称:北京联合大学电磁二队
参赛队员:李俊、刘佳鑫、郑川
指导教师:潘峰、曲金泽
关于技术报告和研究论文使用授权的说明
本人完全了解第七届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛关保留、使用技术报告和研究论文的规定,即:参赛作品著作权归参赛者本人,比赛组委会和飞思卡尔半导体公司可以在相关主页上收录并公开参赛作品的设计方案、技术报告以及参赛模型车的视频、图像资料,并将相关内容编纂收录在组委会出版论文集中。
参赛队员签名:
带队教师签名:
日期:
目录
第一章引言 2
概述 2
技术报告结构 3
第二章设计方案概述说明 3
设计思路及方案的总体说明 3
4
第三章机械及硬件电路设计 5
机械设计 5
电磁传感器的安装 5
PCB主板的固定 6
测速电路模块的安装 7
差速的调节 7
加速度计与陀螺仪的安装 7
液晶与按键的安装 8
硬件电路设计 9
电磁传感器的设计 9
PCB主板的设计 13
电源管理模块 14
电机驱动 14
陀螺仪电路 15
第四章软件设计 16
主要算法及实现 18
算法框图与控制函数关系 18
主要控制函数说明 21
速度PID控制算法及其改进形式 28
第五章开发调试过程及主要参数 30
30
30
智能车主要技术参数 32
存在问题及改进方法 32
参考文献 34
参考程序: 35
第一章引言
概述
在本届智能模型车竞赛中,根据组委会要求的具体要求,本队采用了标准的汽车模型、直流电机和可充放电电池制作出了一个能够自主识别电流为20KHz,50—150mA导线线路的智能车,能够在比赛跑道上自主识别道路方向,能够稳定行驶、保持较高的速度。在为比赛准备的很长的一段时间里,我们深入学习、应用了嵌入式软件开发工具软件codewarrior和在线开发手段,自行设计了智能汽车自动识别路径的方案,自主设计了电机的驱动电路、模型车的电磁传感电路,在官方程序的基础上编写了基于微控制器MC9S12XS128的智能车的控制程序。在智能车的设计过程中,我们利用了如下知识:传感器原理、自动控制、汽车电子、机械设计等。尤其是机械设计方面,我们花费了大量时间。在对这些知识的综合运用过程中,我们对这些知识有了更深入的认识和理解,并能将所学的知识运用于实践中。
在设计的过程中,我们参考了很多文献资料。在组装车模和电路设计等过程中,我们的实践动手能力得到了极大的培养和提高。在设计智能车控制算法过程中,我们设计使用了多种控制算法,如自平衡车直立PD算法和速度控制的PI算法以及转向控制的PD算法。期间进行了无数次的实践和尝试,形成了最后的比赛方案。在思考控制算法的过程中,我们一直在追求稳、快的目标,在这个过程中我们的创造能力和实践能力得到了很大的提高。
车模直立行走比赛是要求仿照两轮自平衡电动车的行进模式,让车模以两个后轮驱动进行直立行走。近年来,两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究,也有相应的产品。在电磁组比赛中,利用了原来C型车模双后轮驱动的特点,实现两轮自平衡行走。相对于传统的四轮行走的车模竞赛模式,车模直立行走在硬件设计、控制软件开发以及现场调试等方面提出了更高的要求。
技术报告结构
本技术报告的正文分为四个部分。第一部分是对整个系统实现方法的概要说明;第二部分是对机械结构的说明和对硬件电路的说明;第三部分是对系统软件设计部分的说明;第四部分是对开发工具、制作、安装、调试过程等所做的一些说明,以及模型车一些主要技术参数的说明。
关键字:路径识别,智能车,PD,电磁传感器,自平衡
第二章设计方案概述说明
由于本电磁智能车模型采用C型车模,通过电磁传感器阵列来采集电流约为20KHz、100mA的导线的电磁场强度来检测和识别路径,以及利用加速度计读取角度,陀螺仪读取加速度,然后两者融合在一起得到滤波后的角度和角速度,然后对电机进行直立控制;通过速度传感器读取速度,形成闭环,对两轮小车进行速度控制;通过电感读取磁场强度值,进行中心线的提取,而后通过电机的差速调节进行转向控制。
设计思路及方案的总体说明
根据电磁车循迹的要求,电磁