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      基于單片機(jī)的電磁循跡小車的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

      2020-09-29 09:16:52趙偉于九龍張瑞
      科學(xué)導(dǎo)報(bào) 2020年62期
      關(guān)鍵詞:循跡編碼器小車

      趙偉 于九龍 張瑞

      關(guān)鍵字:智能車;電磁循跡;環(huán)境適應(yīng)性;PID控制

      ? 一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

      (一)總的設(shè)計(jì)方案分為硬件和軟件方案,此文中主要分析部分硬件模塊的設(shè)計(jì)及相關(guān)物理模型的分析,對于具體的C語言編程細(xì)節(jié)本文不做詳細(xì)描述。通過傳感器檢測到電壓采集模塊左右兩端和中間傳感器之間的壓差,將采集的壓差傳到STM32F103單片機(jī),由PWM發(fā)生模塊發(fā)出PWM波,分別對舵機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行控制,完成智能車的轉(zhuǎn)向、前進(jìn)和制動(dòng)等功能。

      (二)全部設(shè)計(jì)主要有下面的功能:

      ①安裝電源檢測模塊,對智能車的電源電量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并通過OLED顯示屏顯示;②通過車頭的傳感器將磁場信號轉(zhuǎn)化為電壓信號,再將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;③后車輪裝有編碼器能實(shí)時(shí)檢測小車的行進(jìn)速度;④小車能在直道、連續(xù)的彎道、環(huán)形道路以及低坡度的橋上快速穩(wěn)步前進(jìn);⑤小車具有制動(dòng)功能,在檢測到特定的磁場時(shí)會(huì)立即剎車。

      ? 二、硬件系統(tǒng)中主要模塊的設(shè)計(jì)

      1.電源檢測模塊

      本模塊使用高精度電阻分壓的方式對電池電壓進(jìn)行測量

      2.穩(wěn)壓模塊的設(shè)計(jì)

      我們需要降壓模塊進(jìn)行12v到5v的電壓轉(zhuǎn)換,這里使用的芯片是LM2596S-5.0。

      3.電磁傳感器模塊的設(shè)計(jì)

      此設(shè)計(jì)利用LC諧振回路選出特定頻率的電磁波,再通過小功率三極管進(jìn)行信號放大,最后通過倍壓檢波電路將交流電轉(zhuǎn)成直流電輸給單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

      4.小車運(yùn)動(dòng)軌跡建模

      小車在轉(zhuǎn)彎時(shí),后輪的內(nèi)輪和外輪形式的距離不同,行駛的時(shí)間卻一樣,因此后輪之間存在差速問題,傳統(tǒng)的汽車使用機(jī)械差速器完成差速,而我們的小車采用兩個(gè)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后輪,不需要機(jī)械差速,使得機(jī)械設(shè)計(jì)更加簡單,具體參數(shù)的調(diào)節(jié)需要根據(jù)不同情況靈活改變。

      5.速度檢測模塊

      編碼器是一種將角位移或角速度轉(zhuǎn)換成一連串電數(shù)字脈沖的旋轉(zhuǎn)式傳感器,從檢測原理上可分為光電編碼器(光學(xué)式)和霍爾編碼器(磁式),本小車采用霍爾編碼器進(jìn)行測速。

      ? 三、測試結(jié)果

      按照設(shè)計(jì),比賽時(shí)小車能夠快速通過直道、彎道、十字路口等多種類型賽道,完成60m長的賽道共用時(shí)26秒。

      ? 四、結(jié)束語

      電磁循跡是比較新穎的循跡方法,不受光線、溫度、濕度等環(huán)境的影響,循跡精準(zhǔn)高速,雖然現(xiàn)在只在比賽中出現(xiàn),但這種方式具有廣闊的前景,未來在快遞、倉庫物流等方面將會(huì)發(fā)揮巨大的作用。

      參考文獻(xiàn):

      [1]柯亨玉.電磁場理論[M].北京:人民郵電出版社,2004,8.

      (作者單位:濟(jì)南大學(xué))

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