飞思卡尔 电磁一队(3)

图2-5 感应线圈的排布方案

假设h?10cm,x?(?15,15)，计算感应电动势E?离x的变化取值，如下图所示：

h，随着线圈水平距

x2?h2

图2-6线圈中感应电动势E与其距导线水平位置x的函数

倘若单独使用一个感应线圈，感应电动势E是位置x的偶函数，只能够说明水平位置的绝对值x的大小，没有办法辨别线圈处于导线的左边还是右边。因此，

我们可以使用两个相距长度为L的感应线圈，然后计算两个线圈中感应电动势的差值：

Ed?E1?E2?hh ?2222x?hh?(x?L)下面假设L?30cm，计算两个线圈电动势差值Ed如下图所示：

图2-7线圈中感应电动势差值Ed与距离x的函数

从图2-7可以看出，当左边线圈的位置x?15cm的时候，此时两个线圈连线的中心点恰好位于赛道中央，感应电动势差值Ed为0。当线圈往左偏移，距离为x?(15,30)的感应电动势差值小于零；反之，当线圈往右偏移，距离为x?(0,15)的感应电动势大于零。因此在x位移为[0,30]cm之间，感应电动势差值Ed与位移使用这个关系对小车的方向进行负反馈控制，从而确保两个x是一个单调函数。

感应线圈连线的中心点始终跟随赛道的中心线。通过改变线圈之间的距离L、线圈的高度h，则可以调整位置检测的感应电动势、范围的大小。 2.1.3、传感器布局

导线位置的提取是电磁检测的关键，而传感器的布局方式则决定导线位置提取的算法，合理的传感器布局方式，可以帮助提取得更多的赛道信息。采用6

个垂直导线放置的电感，按“一”字排布，每个电感之间的距离大约为4cm，这样覆盖赛道范围大约为24cm。6个“一”字排布的电感可以大大提高检测广度和精度，可以提高前瞻，改善小车进弯状态和路径，同时对程序编写也有一定的帮助作用。

图2-8 传感器布局

2.2车模方向控制

通过对赛道电磁中心线偏差的检测和舵机转角控制来实现对方向的控制，从而保证小车在赛道上安全行驶。车模方向控制算法根据车模检测到电磁中心线偏差来生成舵机转角控制量。通过舵机转角来控制车模转向，从而消除车模距离赛道中心线的偏差。该过程是一个积分的过程，因此车模方向控制一般只用进行简单的比例控制，就可以完成车模方向控制，但是由于车模本身安装有电池等比较重的物体，具有很大的惯性，在调整过程中可能会出现小车转向过度现象，如果不加以控制，则会使得小车冲出跑道，所以还要上加微分控制环节。

2.3车模速度控制

通过对赛道电磁中心线偏差的检测和电机转速控制来实现对速度的控制，以确保小车在赛道上安全行驶。车模速度控制算法根据电磁中心线偏差来生成一个对应的目标速度，此时通过测速装置—光电编码器来检测车模的速度，利用单片机的计数器计算在固定时间间隔内速度脉冲信号的个数，从而可以反映电机的转速（反馈速度）。

车模速度的控制思想可为：直道加速、进弯减速、弯道内速度保持、出弯加速。

那么要想实现这样的控制思想，电机需要双向转动。因为由直道进入弯道速度如果太快，小车转弯不及时，那么小车将会冲出赛道而犯规。如果电机有双向转动，那么在直道进入弯道前通过速度检测模块检测速度，由单片机判断该速度是否是小于安全过弯速度，如果是小于安全速度，则不采取任何动作；如果是大于安全速度，则要采取电机反转制动，进行减速，保证小车顺利过弯。实现小车加减速、匀速，都是靠提供给电机的PWM进行转速控制，PWM大小是由车模速度控制算法根据赛道电磁中心线偏差的检测与电机速度反馈实现速度的大小计算得来的。

第3章 电路设计

3.1整体电路框图

设计车模控制系统的电路结构，首先需要分析控制系统的输入、输出信号，然后选择适当的处理芯片，接着逐步设计各个子模块电路，最后形成一个完整的小车控制电路。

控制系统的输入、输出包括： （1） AD转换接口

电磁检测：共6路，用于检测感应线圈电压。

（2） PWM接口

控制舵机：1路，用于控制舵机转角，从而控制车模转向。

控制电机：2路，控制电机双向运行，因为是单极性PWM驱动，所以需要2路。

（3） 定时器接口

测量电机转速，需要1路定时器脉冲输入接口。

（4） 通讯接口

SCI(UATR)：1路用于程序的下载和调试接口。 辅助调试：1路用于车模调试、设置作用。

（5） IO接口（预留）

4～8路输入、输出，用于车模运行状态的实时显示以及功能键的设置等。 车模控制电路整体框图：

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