七面鳥隊(duì)技術(shù)報(bào)告(節(jié)選)

　　摘要：根據(jù)大賽規(guī)則，本智能車系統(tǒng)以單片MCF52259單片機(jī)作主控單元，利用振蕩回路感應(yīng)引導(dǎo)線中交變電流產(chǎn)生的電磁波信號指出前進(jìn)方向，用超聲波模塊結(jié)合陀螺儀控制直立，CPU處理信息后驅(qū)動電機(jī)推動車模前進(jìn)及轉(zhuǎn)彎。在運(yùn)行過程中，依靠PID算法對賽道進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤并對車速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速的運(yùn)行。

　　傳感器設(shè)計(jì)

　　1. 電感

　　同往屆比賽相同，電磁組的檢測源仍然是20kHz的交變磁場，導(dǎo)線通有20kHz，100mA的交流電，我們采用LC諧振回路來檢測交變磁場，經(jīng)運(yùn)算放大器放大，再通過RC檢波電路進(jìn)行整流濾波，單片機(jī)AD采樣。

　　2. 超聲波模塊

　　這一屆競賽對電磁組有了新的要求，在原有尋道前進(jìn)的基礎(chǔ)上要求車模僅靠兩輪直立行走。要控制車模直立，必然要獲得當(dāng)前車模的運(yùn)行狀態(tài)，首先需要獲得車模當(dāng)前偏離平衡位置的傾角，參考方案推薦使用的是加速度計(jì)，融合陀螺儀來獲取當(dāng)前角度，但是我們認(rèn)為這一方案具有其必然的缺陷，在后面車模直立控制算法會詳細(xì)說明。我們使用了超聲波來獲取車模前瞻與地面的距離，根據(jù)三角關(guān)系轉(zhuǎn)化為車模的傾角。

　　3. 陀螺儀模塊

　　鑒于空氣阻力是非常小的，如果車模的直立只有P控制，理論分析可得車模會做正弦振蕩，這樣的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，因此車模的直立還必須引入差分控制，我們采用的是競賽組委會推薦使用的村田公司出品的ENC-03系列的加速度傳感器，來獲取車模當(dāng)前直立控制的角速度。

　　4. 測速模塊

　　采用了兩個(gè)光電碼盤來測左右輪的速度。

　　傳感器布局方式

　　我們通過實(shí)踐得知電感高度過高轉(zhuǎn)彎會出現(xiàn)延遲的問題，并且十字彎及S彎磁場相對復(fù)雜，高電感檢測的信息容易受到干擾，且易受到附近賽道磁場的干擾。但是電感高度太低電感容易飽和，傳感器對賽道賽道較為敏感，使得車輛前瞻可以很好地切線。但是對于長前瞻以及過小S的時(shí)候，容易車模轉(zhuǎn)向過大，影響車模的平滑運(yùn)行，綜上考慮，我們選取的電感高度是18cm，兩個(gè)電感相距25cm一字?jǐn)[開。

　　超聲波模塊置于車模前瞻距離車體較遠(yuǎn)處，因?yàn)檫@樣車模傾角變化能引起超聲波測距較大的變化，提高超聲波測量車模傾角的精度。水平陀螺儀安裝在車模背面底盤，用熱熔膠固定即可。

　　電磁傳感器的架設(shè)

　　電磁車需要最大程度獲取賽道信息，傳感器需要做的盡量往前。增大前瞻以后，由前瞻帶來的轉(zhuǎn)動慣量也變得非常大。為此我們首先試用了釣魚用的碳卷?xiàng)U。該竿壁非常薄，直徑5mm左右，因此很輕，1米也只有4g重量。不過使用中發(fā)現(xiàn)，此桿雖然強(qiáng)度大，但不抗壓，與車體連接處易斷裂。另外圓柱狀碳桿，固定電磁傳感器也不方便。目前我們用4mm的空心方碳桿作為前瞻固定。兩根副桿長度不一樣，從兩側(cè)支撐前瞻，以增加強(qiáng)度，防止前瞻高度改變。電磁感應(yīng)器排布如上圖1所示。兩側(cè)電感與大多數(shù)隊(duì)大同小異，盡量相距遠(yuǎn)，以獲取更多信息。中間我們用了兩個(gè)相互垂直的電感，可以用來采集磁場兩個(gè)方向上的分量，從而了解電磁線的斜率信息?！　?/p>