中國礦業(yè)大學-機電1隊技術報告

1、 第六屆“飛思卡爾”杯全國大學生 智能汽車競賽 技 術 報 告 學 校：中國礦業(yè)大學隊伍名稱：機電一隊參賽隊員：馬同 楊熙 盛超帶隊老師： 張有忠 王洪欣 關于技術報告和研究論文使用授權的說明本人完全了解第五屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車邀請賽關保留、使用技術報告和研究論文的規(guī)定，即：參賽作品著作權歸參賽者本人，比賽組委會和飛思卡爾半導體公司可以在相關主頁上收錄并公開參賽作品的設計方案、技術報告以及參賽模型車的視頻、圖像資料，并將相關內(nèi)容編纂收錄在組委會出版論文集中。 參賽隊員簽名: 帶隊教師簽名： 日 期： 目 錄1 緒論01.1背景介紹01.2比賽規(guī)則11.2.1 器材限制規(guī)定11.2

2、.2決賽規(guī)則11.3研究內(nèi)容21.3.1電磁引導信號選取21.3.2起止線檢測21.3.3控制算法21.3.4車模調(diào)整22 賽車整體結構設計32.1賽車主要技術參數(shù)32.2硬件系統(tǒng)方案設計32.3軟件系統(tǒng)方案設計43 賽車機械結構介紹和調(diào)整63.1前輪調(diào)整和舵機安裝63.1.1前輪調(diào)整63.1.2舵機安裝63.2后輪差速調(diào)整73.3車體重心調(diào)整73.4齒輪傳動機構調(diào)整74 硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)94.1單片機最小系統(tǒng)模塊94.2電源管理模塊94.3電機驅(qū)動模塊104.4傳感器模塊124.4.1電磁引導原理124.4.2傳感器的選擇134.4.3選頻，放大，整流144.4.4起止線檢測方案154.5

3、速度傳感器164.6核心板174.7核心板接口板184.8顯示模塊的設計184.9賽道電源設計185 智能車軟件設計205.1程序整體設計205.2系統(tǒng)初始化205.3硬件初始化代碼215.3.1PWM初始化215.3.2A/D采樣初始化225.3.3PIT中斷初始化225.3.4光電編碼器初始化225.4電磁采樣信號處理與使用225.4.1數(shù)字與模擬信號采集對比235.4.2電磁采樣信號的處理與使用235.4.3使用不同角度的電磁傳感器識別賽道235.5電機控制策略245.5.1電機PID控制246 系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試296.1軟件調(diào)試平臺296.1.1 CodewarriorIDE功能介紹29

4、6.1.2 Codewarrior IDE基本使用方法296.1.3數(shù)碼開關316.2硬件仿真平臺316.3硬件開發(fā)平臺326.4調(diào)試及數(shù)據(jù)分析337 總結35參考文獻531 緒論現(xiàn)在半導體在汽車中的應用原來越普及，汽車的電子化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。它包括了汽車電子控制裝置，即通過電子裝置控制汽車發(fā)動機、底盤、車身、制動防抱死及動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，到車載汽車電子裝置，即汽車信息娛樂系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、汽車音響及車載通信系統(tǒng)等等，幾乎涵蓋了汽車的所有系統(tǒng)。汽車電子的迅猛發(fā)展必將滿足人們逐步增長的對于安全、節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化的需求。作為全球最大的汽車電子半導體供應商，飛思卡爾公司一直致力于為

5、汽車電子系統(tǒng)提供全范圍應用的單片機、模擬器件和傳感器等器件產(chǎn)品和解決方案。飛思卡爾公司在汽車電子的半導體器件市場擁有領先的地位并不斷贏得客戶的認可和信任。其中在8位、16位及32位汽車微控制器的市場占有率居于全球第一。飛思卡爾公司生產(chǎn)的S12是一個非常成功的芯片系列，在全球以及中國范圍內(nèi)被廣泛應用于各種汽車電子應用中。例如引擎管理、安全氣囊、車身電子、汽車網(wǎng)絡和資訊娛樂等。1.1背景介紹為加強大學生實踐、創(chuàng)新能力和團隊精神的培養(yǎng)，促進高等教育教學改革，受教育部高等教育司委托(教高司函2005201號文)，由教育部高等自動化專業(yè)教學指導分委員會（以下簡稱自動化分教指委）主辦全國大學生智能汽車競賽

6、。該競賽以智能汽車為研究對象的創(chuàng)意性科技競賽，是面向全國大學生的一種具有探索性工程實踐活動，是教育部倡導的大學生科技競賽之一。該競賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，鼓勵探索，追求卓越”為指導思想，旨在促進高等學校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學生從事科學研究與探索的興趣和潛能，倡導理論聯(lián)系實際、求真務實的學風和團隊協(xié)作的人文精神，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。該競賽由競賽秘書處為各參賽隊提供/購置規(guī)定范圍內(nèi)的標準硬軟件技術平臺，競賽過程包括理論設計、實際制作、整車調(diào)試、現(xiàn)場比賽等環(huán)節(jié)，要求學生組成團隊，協(xié)同工作，初步體會一個工程性的研究開發(fā)項目從設計到實現(xiàn)的

7、全過程。該競賽融科學性、趣味性和觀賞性為一體，是以迅猛發(fā)展、前景廣闊的汽車電子為背景，涵蓋自動控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械與汽車等多學科專業(yè)的創(chuàng)意性比賽。該競賽規(guī)則透明，評價標準客觀，堅持公開、公平、公正的原則，保證競賽向健康、普及，持續(xù)的方向發(fā)展。該競賽以飛思卡爾半導體公司為協(xié)辦方，得到了教育部相關領導、飛思卡爾公司領導與各高校師生的高度評價，已發(fā)展成全國30個省市自治區(qū)近300所高校廣泛參與的全國大學生智能汽車競賽。2008年起被教育部批準列入國家教學質(zhì)量與教學改革工程資助項目中科技人文競賽之一（教高函200730號文）。全國大學生智能汽車競賽原則上由全國有自動化專業(yè)

8、的高等學校（包括港、澳地區(qū)的高校）參賽。競賽首先在各個分賽區(qū)進行報名、預賽，各分賽區(qū)的優(yōu)勝隊將參加全國總決賽。每屆比賽根據(jù)參賽隊伍和隊員情況，分別設立光電組、攝像頭組、創(chuàng)意組等多個賽題組別。每個學?？梢愿鶕?jù)競賽規(guī)則選報不同組別的參賽隊伍。全國大學生智能汽車競賽組織運行模式貫徹“政府倡導、專家主辦、學生主體、社會參與”的16字方針，充分調(diào)動各方面參與的積極性。全國大學生智能汽車競賽一般在每年的10月份公布次年競賽的題目和組織方式，并開始接受報名，次年的3月份進行相關技術培訓，7月份進行分賽區(qū)競賽，8月份進行全國總決賽。參賽選手須使用競賽秘書處統(tǒng)一指定的競賽車模套件，采用飛思卡爾半導體公司的8位、

9、16位微控制器作為核心控制單元，自主構思控制方案進行系統(tǒng)設計，包括傳感器信號采集處理、電機驅(qū)動、轉(zhuǎn)向舵機控制以及控制算法軟件開發(fā)等，完成智能車工程制作及調(diào)試，于指定日期與地點參加各分賽區(qū)的場地比賽，在獲得決賽資格后，參加全國總決賽的場地比賽。參賽隊伍的名次（成績）由賽車現(xiàn)場成功完成賽道比賽時間為主，技術報告、制作工程質(zhì)量評分為輔來決定。大賽根據(jù)車模檢測路徑方案不同分為電磁、光電與攝像頭三個賽題組。車模通過感應由賽道中心電線產(chǎn)生的交變磁場進行路徑檢測的屬于電磁組；車模通過采集賽道圖像（一維、二維）進行路徑檢測的屬于攝像頭組；車模通過采集賽道上少數(shù)孤立點反射亮度進行路徑檢測的屬于光電組。競賽秘書處

10、制定如下比賽規(guī)則適用于各分賽區(qū)預賽以及全國總決賽，在實際可操作性基礎上力求公正與公平。1.2比賽規(guī)則1.2.1 器材限制規(guī)定1).須采用統(tǒng)一指定的車模。本屆比賽指定采用兩種車模：2)型車模：廣東博思公司提供。限定電磁組比賽使用。2)型車模：北京科宇通博科技有限公司提供。限定光電組、攝像頭組使用。細節(jié)及改動限制見附件一。3)須采用飛思卡爾半導體公司的8位、16位處理器(單核)作為唯一的微控制器。有關細節(jié)及其它電子器件使用的限制見附件二；4)參加電磁賽題組不允許使用傳感器獲取道路的光學信息進行路徑檢測參加光電賽題組中不允許傳感器獲取道路圖像信息進行路徑檢測。；參加攝像頭賽題組可以使用光電管作為輔助

11、檢測手段5)其他事項如果損毀車模中禁止改動的部件，需要使用相同型號的部件替換；車模改裝完畢后，尺寸不能超過：250mm寬和400mm長。6)賽道基本參數(shù)（不包括拐彎點數(shù)、位置以及整體布局）見附件三；比賽賽道實際布局將在比賽當日揭示，在賽場內(nèi)將安排采用制作實際賽道的材料所做的測試賽道供參賽隊進行現(xiàn)場調(diào)試；1.2.2決賽規(guī)則參加決賽隊伍按照預賽成績進行排序，比賽順序按照預賽成績的倒序進行。決賽的比賽場地使用一個賽道。決賽賽道與預賽賽道形狀不同，占地面積增大，賽道長度增加。每支決賽隊伍只有一次比賽機會，在跑道上跑一圈，比賽過程與要求同預賽階段。計時由電子計時器完成并實時顯示。賽成績不記入決賽成績，只

12、決定決賽比賽順序。沒有參加決賽階段比賽的隊伍，預賽成績?yōu)樽罱K成績，參加該賽題組的排名。比賽過程規(guī)則按照比賽順序，裁判員指揮參賽隊伍順序進入場地比賽。同一時刻，一個場地上只有一支隊伍進行比賽。在裁判員點名后，每隊指定一名隊員持賽車進入比賽場地。參賽選手有60秒的現(xiàn)場準備時間。準備好后，裁判員宣布比賽開始，選手將賽車放置在起跑區(qū)，賽車應在起跑區(qū)靜止兩秒鐘以上，然后自動出發(fā)。賽車應該在30秒之內(nèi)離開出發(fā)區(qū)，沿著賽道跑完一圈。由計時起始線兩邊傳感器進行自動計時。賽車跑完一圈且自動停止后，選手拿起賽車離開場地，將賽車放回指定區(qū)域。1.3研究內(nèi)容本文研究的是電磁導引智能車，主要包括電磁導引信號獲取、起止線

13、檢測、控制算法三方面，此外，未使智能車擁有更好的性能還對車模進行了一些調(diào)整。1.3.1電磁引導信號選取本設計中電磁信號獲取包括了兩部分：1) 探頭部分本設計中使用工字型電感作為探頭，利用它開放的磁芯作為感知交變磁場的媒介，為加強其抗噪性能，選取合適的電感與其串聯(lián)組成諧振頻率與信號頻率一致的LC振蕩回路。 2) 信號放大部分本設計中使用LM358運放放大電路作為信號放大分，兩級放大電路均為帶通放大，參數(shù)一致，都具有10倍的增益、20kHz的中心頻率、4kHz的帶寬以及2.5V的偏置電壓。1.3.2起止線檢測考慮到起止線上會埋設表面磁場達上千高斯的磁鋼，本設計中的起止線檢測采用霍爾元件，為適應不同

14、磁極，選型時選擇的是干簧管元件。1.3.3控制算法舵機控制采用P控制，為了加強信號可靠性，減小電機運作時反電動勢及噪聲的影響，對采樣信號進行了軟件濾波處理，通過去除最大最小值消除信號毛刺，通過取平均值的方法消減小波的影響。本設計中使用PID算法作為速度控制算法，通過光電編碼器實現(xiàn)速度反饋。在通過實驗確定各項系數(shù)后，又在普通PID算法的基礎上做出了改良，引入了開環(huán)初始值：在實際速度與期望速度相差很大時不使用PID算法而是直接通過事先標定的開環(huán)值對速度進行調(diào)整，然后再采用PID算法進行調(diào)節(jié)，最后達預期速度。1.3.4車模調(diào)整為了加快車模轉(zhuǎn)向響應，設計中對車模上舵機的傳動連桿進行了加長使響應速度提高

15、了32%。由于連桿的加長，舵機安裝方式也做出了相應改變，由臥式改為立式。除此之外，還對車模進行了一些小的調(diào)校，包括主銷內(nèi)傾角、主銷后傾、后輪差速機構等。2 賽車整體結構設計2.1賽車主要技術參數(shù)此次比賽選用的賽車的機械結構只使用競賽提供車模的底盤部分及轉(zhuǎn)向和驅(qū)動部分?？刂撇捎们拜嗈D(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動方案。具體車模數(shù)據(jù)如表2-1：表2-1賽車主要技術參數(shù)項目參數(shù)車模幾何尺寸（長、寬、高）（毫米）510*250*130車模軸距/輪距（毫米）195車模平均電流（勻速行駛）(毫安)1500電路電容總量（微法）1820傳感器種類及個數(shù)LC諧振電路（8個），光電編碼器（1個），干簧管（4個）新增加伺服電機個數(shù)1

16、賽道信息檢測空間精度（毫米）10賽道信息檢測頻率（次/秒）100主要集成電路種類/數(shù)量BTS7960B*2,MC9S12XS128車模重量（帶有電池）（千克）1.82.2硬件系統(tǒng)方案設計此智能車通過電磁傳感器采集鋪設在賽道上的導線中攜帶的20kHz交變電流的磁場，并以此為依據(jù)進行車體控制，利用適當?shù)目刂扑惴ㄗ屩悄苘囘_到沿導線前進的目的。控制算法主要包括兩方面：用于驅(qū)動智能車前進的電機控制和用于控制智能車轉(zhuǎn)向的舵機控制。賽車結構示意簡圖如下：圖2-1 賽車結構示意簡圖2.3軟件系統(tǒng)方案設計有了硬件機構之后，必須要有一套合適的算法才能發(fā)揮出硬件的潛力，所以軟件對于智能車來說至關重要。在一個控制周期

17、中大致需要完成以下幾個步驟：首先是信號采樣，然后是一些有軟件實現(xiàn)的信號處理，諸如濾波等。有了信號之后就是根據(jù)信號來對車輛進行控制，控制包括轉(zhuǎn)向舵機和驅(qū)動電機兩部分。舵機控制是根據(jù)信號直接確定的，對電機的控制則是只給出一個期望速度，由當前速度到期望速度的變化過程由更為底層的控制程序來完成。程序流程簡圖如下： 圖2-2軟件系統(tǒng)流程簡圖軟件算法的編寫必須根據(jù)硬件條件，再好的算法如果跟硬件不兼容的話也是徒勞的，調(diào)試的過程就是讓其不斷適應現(xiàn)有硬件的過程，智能車競賽追求的不是最完美的程序而是最適合當前硬件的程序。3 賽車機械結構介紹和調(diào)整3.1前輪調(diào)整和舵機安裝3.1.1前輪調(diào)整在賽車過彎時，轉(zhuǎn)向舵機的負

18、載會因為車輪轉(zhuǎn)向角度的增大而增大。為了盡可能降低轉(zhuǎn)向舵機負載，對前輪的安裝角度，即前輪定位進行了調(diào)整。前輪定位的作用是保障汽車直線行駛的穩(wěn)定性，使轉(zhuǎn)向輕便和減少輪胎的磨損。前輪是轉(zhuǎn)向輪，它的安裝位置由主銷內(nèi)傾、主銷后傾、前輪外傾和前輪前束等4個項目決定，反映了轉(zhuǎn)向輪、主銷和前軸等三者在車架上的位置關系。主銷內(nèi)傾是指主銷裝在前軸略向內(nèi)傾斜的角度，它的作用是使前輪自動回正。角度越大前輪自動回正的作用就越強烈，但轉(zhuǎn)向時也越費力，輪胎磨損增大；反之，角度越小前輪自動回正的作用就越弱。主銷后傾是指主銷裝在前軸，上端略向后傾斜的角度。它使車輛轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的離心力所形成的力矩方向與車輪偏轉(zhuǎn)方向相反，迫使車輪偏

19、轉(zhuǎn)后自動恢復到原來的中間位置上。由此，主銷后傾角越大，車速越高，前輪穩(wěn)定性也愈好。主銷內(nèi)傾和主銷后傾都有使汽車轉(zhuǎn)向自動回正，保持直線行駛的功能。不同之處是主銷內(nèi)傾的回正與車速無關，主銷后傾的回正與車速有關，因此高速時后傾的回正作用大，低速時內(nèi)傾的回正作用大。前輪外傾角對賽車的轉(zhuǎn)彎性能有直接影響，它的作用是提高前輪的轉(zhuǎn)向安全性和轉(zhuǎn)向操縱的輕便性。前輪外傾角俗稱“外八字”，如果車輪垂直地面一旦滿載就易產(chǎn)生變形，可能引起車輪上部向內(nèi)傾側，導致車輪聯(lián)接件損壞。所以事先將車輪校偏一個外八字角度，這個角度約在1左右。所謂前束是指兩輪之間的后距離數(shù)值與前距離數(shù)值之差，也指前輪中心線與縱向中心線的夾角。前輪前

20、束的心線與縱向中心線的夾角。前輪前束的作用是保證汽車的行駛性能，減少輪胎的磨損。前輪在滾動時，其慣性力會自然將輪胎向內(nèi)偏斜，如果前束適當，輪胎滾動時的偏斜方向就會抵消，輪胎內(nèi)外側磨損的現(xiàn)象會減少。3.1.2舵機安裝舵機轉(zhuǎn)向是整個控制系統(tǒng)中延遲較大的一個環(huán)節(jié)，因此要加快車的響應速度，就必須加快舵機的響應速度根據(jù)比賽規(guī)則，舵機由組織方給定不可變更，因而必須采用非改變舵機本身結構的方法提高舵機的明顯響應速度。分析舵機控制轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)的向的原理可以發(fā)現(xiàn)，在相同的舵的舵機轉(zhuǎn)向條件下，轉(zhuǎn)向連桿在舵機一的端的連接點離舵機軸心距離越遠，但轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向變化越快。這相當于增以臂長度，提高線速度。但是這也同要時要求舵機擁

21、有更大的輸出扭矩，從表中可以看出，SD-5是一款大扭力舵機6.5kgcm的扭矩完全可以滿足本設計的需圖3.1.1前輪舵機照片求。針對上述特性，通過加長連舵機與轉(zhuǎn)向輪之間連桿加快轉(zhuǎn)向響應的方案是可行的，改動后實物照片如下圖所示：圖3-1舵機轉(zhuǎn)角修改示意圖3.2后輪差速調(diào)整差速機構的作用是在車模轉(zhuǎn)彎的時候，降低后輪與地面之間的滑動，并且還可以保證在輪胎抱死的情況下不會損害到電機。當賽車在正常過彎時 (假設無轉(zhuǎn)向不足亦無轉(zhuǎn)向過度)，4個輪子的轉(zhuǎn)速皆不相同，依序為：外側前輪外側后輪內(nèi)側前輪內(nèi)側后輪。此次所使用車模配備的是后輪差速機構。差速器的特性是：阻力越大的一側，驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速越低；而阻力越小的一側

22、，驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速越高。以此次使用的后輪差速器為例，在過彎時，因外側后輪輪胎所遇的阻力較小，輪速便較高；而內(nèi)側后輪輪胎所遇的阻力較大，輪速便較低。差速器的調(diào)整中要注意滾珠輪盤間的間隙，過松過緊都會使差速器性能降低，轉(zhuǎn)彎時阻力小的車輪會打滑，從而影響車模的過彎性能。好的差速機構，應該在電機不轉(zhuǎn)的情況下，右輪向前轉(zhuǎn)過的角度與左輪向后轉(zhuǎn)過的角度近似相等，不會有遲滯或者過轉(zhuǎn)動的情況發(fā)生。3.3車體重心調(diào)整車體重心位置對賽車加減速性能、轉(zhuǎn)向性能和穩(wěn)定性都有較大影響。重心調(diào)整主要包括重心高度和前后位置的調(diào)整。理論上，賽車重心越低穩(wěn)定性越好。因此賽車各部件的安裝高度都盡量貼近底盤。除此之外，車輛重心前后方向的

23、調(diào)整，對賽車行駛性能也有很大的影響。根據(jù)車輛運動學理論，車身重心前移，會增加轉(zhuǎn)向，但降低轉(zhuǎn)向的靈敏度（因為大部分重量壓在前輪，轉(zhuǎn)向負載增大），同時降低后輪的抓地力，影響加減速性能；重心后移，會減少轉(zhuǎn)向，但增大轉(zhuǎn)向靈敏度，后輪抓地力也會增加，提高加減速性能。因此，確定合適的車體重心，讓車模更加適應比賽賽道是很關鍵的。3.4齒輪傳動機構調(diào)整車模后輪采用RS-380SH-4045電機驅(qū)動，由競賽主辦方提供。電機軸與后輪軸之間的傳動比為9:38（電機軸齒輪齒數(shù)為18，后輪軸傳動輪齒數(shù)為76）。齒輪傳動機構對車模的驅(qū)動能力有很大的影響。齒輪傳動部分安裝位置的不恰當，會大大增加電機驅(qū)動后輪的負載，從而影響

24、到最終成績。調(diào)整的原則與速度傳感器的安裝相同：兩傳動齒輪軸保持平行，齒輪間的配合間隙要合適，過松容易打壞齒輪，過緊又會增加傳動阻力，影響加減速性能；傳動部分要輕松、順暢，容易轉(zhuǎn)動，不能有卡住或遲滯現(xiàn)象。判斷齒輪傳動是否調(diào)整好的一個依據(jù)是,聽一下電機帶動后輪空轉(zhuǎn)時的聲音。聲音刺耳響亮，說明齒輪間的配合間隙過大，傳動中有撞齒現(xiàn)象；聲音悶而且有遲滯，則說明齒輪間的配合間隙過小，或者兩齒輪軸不平行，電機負載加大。調(diào)整好的齒輪傳動噪音小，并且不會有碰撞類的雜音。4 硬件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)本智能車硬件系統(tǒng)追求簡潔、可靠、穩(wěn)定，在有限的制板條件下極力做到極致。除了單片機最小系統(tǒng)板為雙面板外，其他電路一律采用單面

25、板或者萬通板制作。單片機采用MC9S12XS128MAA，電源芯片采用LM2596、LM1117，驅(qū)動芯片采用BTS7970傳感器采用LM358運放放大、二極管倍壓檢波原理,起跑線檢測采用干簧管。調(diào)試過程中我們也采用過NOKIA5110液晶、賽道計時系統(tǒng)來輔助調(diào)試，本章均有詳細介紹。4.1單片機最小系統(tǒng)模塊單片機最小系統(tǒng)為本小車系統(tǒng)的核心。為了穩(wěn)定起見，我們購買了最小系統(tǒng)板。這個最小系統(tǒng)板引出所有功能引腳，板上自帶了晶振電路、單片機電源電路。電路圖如圖4-1所示。圖4-1單片機最小系統(tǒng)原理圖4.2電源管理模塊電源模塊相當于房屋的基石，關系到整個小車是否穩(wěn)定運行。因此，我們經(jīng)過大量實驗選型，最終

26、設計好了合適的電源。比賽要求智能車電源只能使用指定型號的7.2V2000mAhNi-Cd電池供電。單片機需要5V電源，電機驅(qū)動需要7.2V電池電源和5V電源，為了提高舵機相應速度，我們給舵機提供7V電壓?？傮w來說，我們采用集成三端穩(wěn)壓芯片。集成三端穩(wěn)壓器主要有兩種：一種是線性穩(wěn)壓芯片，另外一種是開關型穩(wěn)壓芯片。線性穩(wěn)壓芯片輸出紋波小，電路簡單，但是功耗較大，效率較低，典型芯片為LM7805；開關穩(wěn)壓芯片則功耗小，效率高，但是輸出紋波大，電路復雜。典型芯片為LM2596。對于單片機來說，單片機本身功耗低，但是它對電源要求相對較高。經(jīng)過選型實驗比對，LM2940和LM1086性能較優(yōu)。LM1086

27、為低壓差線性穩(wěn)壓器件，最大輸出電流1.5A，并且有1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、3.45V、5V穩(wěn)壓輸出選擇。另外LM1117-ADJ為輸出可調(diào)穩(wěn)壓器件。LM2940為最大輸出1A低壓差線性穩(wěn)壓器件。最后我們選擇LM2940作為單片機主要供電穩(wěn)壓芯片，LM1086為備用穩(wěn)壓芯片。因為電路中存在感性負載，存在大電流，為了最大限度降低各個部分對單片機的干擾，我們單獨采用一片LM2940對單片機和起跑線檢測模塊進行供電。而其他需要5V供電的模塊則采用另一片LM2940進行供電。對于舵機來說，需要7V電壓，我們選擇LM2596進行供電。LM2596同樣是最大1A輸出線性穩(wěn)壓器件，并且輸出電

28、壓可調(diào)。實際測試中發(fā)現(xiàn)LM2596性能非常優(yōu)秀。電池電壓為7.5V時候，用LM2596可以穩(wěn)壓至7.3V以上。因此，在電池供電范圍內(nèi)，能夠給舵機提供足夠電流。另外，我們使用另一片LM2596給傳感器供電，具體情況之后詳細介紹。最終電源模塊電路圖如圖4-2所示。圖4-2電源模塊原理圖4.3電機驅(qū)動模塊賽車電機驅(qū)動芯片采用的是英飛凌的BTS7960B半橋驅(qū)動芯片，該芯片負載電流可以達到43A，而內(nèi)阻只有16m。芯片框圖如下：圖4-3 BTS7960芯片引腳BTS7960是一款針對電機驅(qū)動應用的完全集成的大電流半橋芯片。它NovalithICTM系列的成員之一，它的一個封裝中集成了一個P通道場效應管

29、在上橋臂和一個N通道場效應管在下橋臂以及一個控制集成電路。由于上橋臂采用的是P通道開關，對于電荷泵的需求也就不復存在了，因此電磁干擾減至了最小。由于集成在內(nèi)驅(qū)動集成電路具有邏輯電平輸入，與微控制器的連接變得非常簡單，且該驅(qū)動集成電路還具有電流檢測診斷、轉(zhuǎn)換率調(diào)整、死區(qū)時間生成以及過熱、過壓、欠壓、過流和短路保護。BTS7960在較小的電路板空間占用的情況下為大電流保護的PWM電機驅(qū)動提供了一種成本優(yōu)化的解決方案。BTS7960特點如下：1)在25時導通電阻的典型值為16毫歐；2)低靜態(tài)電流，在25時的典型值僅為7A；3)與主動續(xù)流相結合的脈寬調(diào)制能力高達25kHz；4)開關電流限制降低功耗的過

30、流保護；5)電流限制在典型的43A；6)具有電流檢測能力的狀態(tài)標志診斷；7)具有鎖定行為的過熱關斷；8)過壓鎖定；9)欠壓關斷；10) 帶有邏輯電平輸入的驅(qū)動電路；11) 用于優(yōu)化電磁干擾的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換率驅(qū)動芯片我們選擇BTS7960。BTS7960為英飛凌公司的大電流電機驅(qū)動半橋，輸出最大電流可達63A，內(nèi)部帶有一個P溝道的高邊MOSFET、一個N溝道的低邊MOSFET和一個驅(qū)動IC。BTS7970通態(tài)電阻典型值為16m。P溝道高邊開關省去了電荷泵的需求,因而減小了EMI(ElectroMagneticInterference)集成的驅(qū)動IC具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調(diào)節(jié)、死區(qū)時間產(chǎn)生和

31、過溫過壓、欠壓、過流及短路保護的功能。BTS7970應用非常簡單，只需要向芯片第2引腳輸入PWM波就能控制。當系統(tǒng)中只需要單向控制時，只需要讓電機一端接地，另一端接BTS7970第4引腳。如果需要電機雙向旋轉(zhuǎn)控制，則需要另一片BTS7970共同組成全橋。本小車系統(tǒng)驅(qū)動板共用4片BTS7970，共同組成了一個全橋。實際應用中有可能只焊接了2片，那是因為我們只需要半橋控制電機單向旋轉(zhuǎn)。此外為了隔離驅(qū)動芯片與單片機系統(tǒng)并且保護單片機，我們采用了74LS244隔離，74LS244集成8路三態(tài)門。具體的電路如圖4-4所示。圖4-4電源模塊原理圖4.4傳感器模塊4.4.1電磁引導原理傳感器設計關系整個項目

32、的成敗。電磁組的引導線為通有20KHZ、100mA電流的漆包線（線徑0.1mm0.3mm），因此導線周圍存在輻射電磁波。如何將電磁波能量轉(zhuǎn)換為電壓信號供AD采樣成了本小車中最為關鍵的部分。以下詳細介紹了我們小車傳感器方案選擇、傳感器設計、硬件制作、傳感器優(yōu)化的各個過程。1）方案選擇我們主要涉及到電磁檢測的方法主要有以下三種：2) 電磁感應磁場測量方法：電磁線磁場傳感器，磁阻抗磁場傳感器。3) 霍爾效應磁場測量方法：半導體霍爾傳感器、磁敏二極管，磁敏三極管。3) 各向異性電阻效應（AMR）磁場測量方法。上述三種檢測方法我們都進行過實驗，最終選擇方案1，因為方案1實現(xiàn)容易，需求的器件易找易用，檢測

33、靈敏度高。方案2選擇霍爾傳感器，主要因為靈敏度低、器件不好選擇等原因，而對于方案3，我們選用霍尼韋爾公司的2維磁阻傳感器HMC1022，但是HMC1022外圍復雜，需要儀表放大器和置位復位電路，而且器件價格不菲。根據(jù)電磁知識，在通有交變電流的直導線周圍存在電磁場。智能車競賽中路徑導航使用的交變電流為20KHZ，100mA電路，產(chǎn)生的電磁波屬于甚低頻（VLF電磁波。甚低頻頻率范圍處于工頻和低頻電磁破中間，為3kHz30kHz，波長為100km10km。如圖4.5所示。圖4-5電流周圍電磁場示意圖由于賽道尺寸遠遠小于電磁波波長，因此在導線附近能夠感應到的電磁能量非常少并且可以將其視為緩變磁場，從而

34、按照靜態(tài)磁場的處理方法來獲取導線周圍的磁場分布，從而實現(xiàn)位置檢測。根據(jù)畢奧-薩伐爾電磁感應定律可知：在通有恒定電流I長度L的直導線周圍存在電磁場，距離導線r處P點（如圖4.6所示）電磁感應強度為：圖4-6長L的直導線電磁分析延伸到無限長直導線上，上式1=0，2=無限長直導線周圍的電磁分布為一圈一圈的同心圓，并且強度隨r增加呈減小的趨勢。根據(jù)這個特性，我們可以計算出電磁傳感器距離中心直導線的距從而確定小車在賽道上的位置。4.4.2傳感器的選擇電磁傳感器以線圈最為合適。常用的電感線圈有色環(huán)電感、工字電感，并且可以按照需求進行電感訂做。但是，為了簡化起見，我們選擇工字電感和色環(huán)電感作為檢測線圈。我們

35、選用10mH電感作為檢測傳感器。10mH電感有多種規(guī)格，常見的規(guī)格有6x8、8x10、10x12，表示的意思就是電感直徑和高度。直徑越大高度越高，在直導線同一位置獲得的電磁能量就越大，傳感器獲得的信號就越強，但是太大的電感會增加傳感器重量，引起機械結構問題。在經(jīng)歷眾多選型之后，我們選擇了6x8工字電感，100mA直導線電流時它能檢測到峰峰值為40mV左右的電壓值，能夠滿足我們的要求。另外，某些傳感器我們也使用了8x10的工字電感和10mH色環(huán)電感，這要視實驗效果決定使用哪種電感。我們選用的電感如圖4-7所示。圖4-710mH電感樣品4.4.3選頻，放大，整流選頻方式我們選擇了組委會推薦方案，即

36、用10mH電感和6.8nF電容組成RLC并聯(lián)諧振回路進行選頻，原理不再詳述。我們的重點在于放大部分，如何選擇放大方案成為任務的關鍵。三極管體積小，型號眾多易于選擇，價格相當?shù)土?。方案開始時候，我們曾在這方面下過許多工夫，但是取得的效果不太理想。基本原理是基本共射放大器原理，在基本共射放大器的基礎上，我們添加過許多擴展比如引入反饋、引入濾波電路等，但是因為最后的電路較為復雜，并且對電路質(zhì)量要求較高而放棄。之后我們便轉(zhuǎn)向采用運算放大器。放大器的優(yōu)勢在于方便易用，放大效果較好。設計之初，我們在眾多廠商運放中選擇出了一批運算放大器。選型的基本標準為：單電源、低電壓、低噪聲帶寬20KHZ。我們傳感器運放

37、選型可謂一波三折，從常見的LM358到各大廠商的集成運放，從通用運放到儀表放大器，甚至昔日有“功放之皇”美稱的“大S”NE5532都有過涉及。但是經(jīng)過幾個月的選型測試，我們還是找到了合適的運放。針對以上器件，我們選擇了TLC2272、AD8629、LM358、LM386進行分別測試。下面我們僅對TLC2272和LM386的測試情況進行說明。LM358為TI公司單電源軌至軌運放系列，軌至軌輸出可以使運放輸出最大達到幅度，因此能夠?qū)鞲衅鬏敵鲂盘栕銐蚍糯?，滿足AD采樣需求的精度。實驗中我們采用的電路圖如圖4-8所示。當輸入信號為20KHZ、20mV峰峰值，電源電壓6V的情況下，調(diào)節(jié)反饋電位器RV獲

38、得最大輸出電壓峰峰值4.6V。應用到小車系統(tǒng)中時，則需要節(jié)放大倍數(shù)，使輸出峰峰值能超過5V。電壓能夠完美放大后，接著就是讓AD采樣。最為簡便的方法就是讓AD接采樣輸出正弦波，但是這樣會給程序增加很大負擔，程序中需要進行很多次采樣計算平均值才能控制小車。LM358放大后的仿真波形如圖：圖4.8更改負載電阻后電磁傳感器仿真波形上述測試可以表明LM358傳感器方案的可行性。實際硬件制作中，我們也成功制作出了一套傳感器。我們最終傳感器電路圖如圖4-9所示。圖4-9傳感器電路圖最終版4.4.4起止線檢測方案文中曾提到對于賽道起點的檢測，在起點處的黑線下面布有磁鐵。而干簧管的作用就是用來檢測磁鐵產(chǎn)生的固定

39、磁場。當車體經(jīng)過起始線時會使干簧管瞬間導通一次，也就是產(chǎn)生一個脈沖信號，然后經(jīng)過對所產(chǎn)生的脈沖信號的計數(shù)，我們可以得知當前所經(jīng)過的圈數(shù)，當比賽的圈數(shù)到達時，使模型車能夠自動停止下來。圖4.10干簧管電路圖4.5速度傳感器從理論上說，電機的轉(zhuǎn)速是由單片機輸出到驅(qū)動板上的PWM波的占空比決定的，但在實際情況中，這兩者之間的對應關系并不那么明確，要受到電池電壓、電機傳動摩擦力、道路摩擦力和前輪轉(zhuǎn)向角度等等很多因素的影響，這些因素會導致賽車車速處于與實際需求不同的情況中，這可能導致賽車因速度過快沖出賽道，也可能導致賽車速度過慢影響成績。為了對車速有一個準確的概念，并借此對車速實行閉環(huán)控制，速度反饋環(huán)節(jié)

40、即速度傳感器是必須的，常用的車速檢測裝置包括：測速發(fā)電機、轉(zhuǎn)角編碼盤、反射式光電檢測、透射式光電檢測和霍爾傳感器檢測等等。最后決定采用的速度傳感器是OMRON公司生產(chǎn)的E6A2-CW3型光電編碼器。它由5-12V的直流供電，100脈沖/旋轉(zhuǎn)，內(nèi)阻為0.5M，安裝方式如下圖所示：圖4.11光電編碼器安裝效果圖傳感器用螺釘固定在金屬片上，金屬片固定在后輪支架上，這樣固定好之后，就有了較高的穩(wěn)定性。速度傳感器通過后輪軸上的齒輪與電機相嚙合。為了得到脈沖數(shù)與賽車進距離的關系，進行了標定工作，標定方法是讓賽車前進不同時間并記錄脈沖數(shù)n，在與前進距離d（單位厘米）相除即得到每厘米對應的脈沖數(shù)。測的數(shù)據(jù)如下

41、：表4.3歐姆龍光電編碼器數(shù)據(jù)一覽表、前進距離（cm）脈沖數(shù)124511018678052259325238105432731140529512905由擬合結果可知，每厘米對應脈沖數(shù)約為42個。4.6核心板S12XS16位微控制器系列針對一系列成本敏感型汽車車身電子應用進行了優(yōu)化。S12XS產(chǎn)品滿足了用戶對設計靈活性和平臺兼容性的需求，并在一系列汽車平臺上實現(xiàn)了可升級性、硬件和軟件可重用性、以及兼容性。S12XS系列可以經(jīng)濟而且又兼容地擴展至XGate協(xié)處理器的S12XE系列單片機，從而為用戶削減了成本，并縮小了封裝尺寸。S12XS系列幫助設計者迅速抓住了市場機遇，同時還能降低移植成本。主要特

42、性：1）.S12XSCPU，最高總線速度40MHz2）.64KB、128KB和256KB閃存選項，均帶有錯誤校正功能（ECC）3）.帶有ECC的、4KB至8KBDataFlash，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)或程序存儲4）.可配置8、10或12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），轉(zhuǎn)換時間3us5）.支持控制區(qū)域網(wǎng)（CAN）、本地互聯(lián)網(wǎng)（LIN）和串行外設接口（SPI）協(xié)議模塊6）.帶有16位計數(shù)器的、8通道定時器7）.出色的EMC，及運行和停止省電模式核心板采用龍丘的XSMAL最小系統(tǒng)版，板上包括單片機相關的外圍電路如時鐘模塊和復位模塊，還有供燒錄程序及調(diào)試用的BDM接口。核心板實物圖如下：圖4.12單片機核心板實物圖4

43、.7核心板接口板為了使用方便，制作了一塊核心板開發(fā)板，將需要的管腳引出并加入了給單片機供電的5V穩(wěn)壓電路、撥碼開關、字符液晶等擴展電路。4.8顯示模塊的設計在本系統(tǒng)的設計中，我們應用了一塊NOKIA5110液晶屏來顯示系統(tǒng)運行中的各項參數(shù)。通過自己創(chuàng)建的字庫與參考的驅(qū)動程序，編寫了與MCU兼容的驅(qū)動程序。圖4.13液晶顯示模塊驅(qū)動電路4.9賽道電源設計賽道電源設計我們參考了組委會參考設計方案3。根據(jù)競賽規(guī)則，20KHZ賽道電源技術要求如下：1）驅(qū)動賽道中心線下鋪設的0.1-0.3mm直徑的漆包線。2）頻率范圍：20K2K。3）電流范圍：50-150mA。設計之初，我們采用了555+L298N方

44、案，但是設計出來的賽道電源頻率不太。ISENAOUT1OUT2VSIN1ENAIN2GNDVSSIN3ENBIN4OUT3OUT4ISENB穩(wěn)定，加之555振蕩頻率精度依賴于電阻電容精度，因此，按照現(xiàn)有5%精度電阻電容設計出來的賽道電源不是很理想。因此我們采用了單片機產(chǎn)生20KHZ信號前后設計制作了2款賽道電源，一款采用Atmega8單片機，預留了AD采樣口和數(shù)碼管顯示模塊；另一款則采用STC10F08XE單片機。這款單片機為中國宏晶公司的高速型51內(nèi)核單片機，引腳與AT89C51完全兼容，并且在51單片機的基礎上增加了系統(tǒng)時鐘輸出功能。我們正是使用此功能產(chǎn)生20KHZ信號的，最后經(jīng)過實際硬件

45、測試，發(fā)現(xiàn)其完全滿足組委會要求，實驗測得的參數(shù)如表4.6所示。表4.6 STC10F08XE賽道電源性能參數(shù)項目參數(shù)頻率（KHZ）200.2KHZ交流電流可調(diào)范圍（mA）10mA-424mA運行一小時電流漂移（mA）9mA直流電流輸出（mA）2mA輸出信號電壓（V）111V5 智能車軟件設計本智能車軟件基于FreescaleCodeWarriorIDE5.9.0，該平臺帶有ProcessorExpert模式（PE模式），可以在這種模式下實現(xiàn)所有硬件初始化，使得單片機非常方便易用而不必過多考慮單片機內(nèi)部寄存器設置。本章詳細介紹了智能車軟件控制思路、算法，并附帶了某些函數(shù)實現(xiàn)方法。在附錄里面附有小

46、車源程序供參考之用5.1程序整體設計圖5-1程序框圖5.2系統(tǒng)初始化在整個軟件系統(tǒng)設計中，主要用到了5個單片機基本功能模塊：時鐘模塊、PWM模塊、輸入捕捉模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、中斷模塊。在FreescaleCodeWarriorIDE5.9.0編譯環(huán)境中，運用其中的ProcessorExpert模式（PE模式），在該模式提供的各類欄目中選擇需要的參數(shù)設定后，開發(fā)軟件就能夠自動生成封裝好的函數(shù)進行寄存器設置完成單片機硬件各個功能模塊初始化。PE模式設置如圖5.2所示。圖5-2 PE模式運行界面針對智能車系統(tǒng)，我們需要盡可能地提高軟件運行速度和效率。因此，我們通過鎖相環(huán)設置將系統(tǒng)總線頻率由8MHZ提

47、高到64MHZ，其次，我們提高了AD采樣周期至3.250微秒，最后測得軟件執(zhí)行周期為0.15ms。另外，為了提高控制精度，我們將兩個單路的PWM進行了級聯(lián)，將輸出控制精度從原來的8位提高到了16位。通過以上設置，為系統(tǒng)實現(xiàn)快速反應，精確控制打下了重要基礎。5.3硬件初始化代碼5.3.1PWM初始化脈寬調(diào)制（PWM）模塊有8路獨立的可設置周期和占空比的8位PWM通道，每個通道配有專門的計數(shù)器。該模塊有4個時鐘源，能分別控制8路信號。通過配置寄存器可設置PWM的使能與否、每個通道的工作脈沖極性、每個通道輸出的對齊方式、時鐘源以及使用方式（單獨輸出還是合并輸出）。轉(zhuǎn)向舵機控制方面，為了提高控制精度，

48、將PWM0、PWM1兩路8位通道合并為一個16位通道來控制舵機，這樣可使舵機的控制精度從1/255提高到1/65536。電機控制方面，使用PWM2和PWM3兩路PWM來進行控制，其中PWM3用于正向速度控制，PWM2用于反向制動，正常情況下PWM2的占空比應為0%即輸出電壓恒為零，PWM3占空比越大車速越快。當需要制動時，提升PWM2的占空比就能得到相應的制動效果，但制動時間不宜過長否則會出現(xiàn)反跑現(xiàn)象。初始化程序如下：voidPWM_initial(void)DDRM_DDRM3=1;PTM_PTM3=1;PWME=0x00;/關閉PWMPWMPOL=0x22;/輸出起始電平為高電平PWMCL

49、K=0x00;/時鐘來源選擇ClockA、ClockBPWMPRCLK=0x02;/PWM預分頻為總線時鐘/4PWMCTL=0x50;/通道0、1級聯(lián)/正向PWMPER3=0x9c;/設定PWM周期PWMDTY3=0x65;/設定占空比/反向PWMPER2=0x9c;PWMDTY2=0x9c;PWMPER01=39999;PWMDTY01=Duoji_Center;PWMPER45=39999;PWMDTY45=Duoji2_Center;PWME=0xFF;/PWM使能5.3.2A/D采樣初始化80pinS12單片機共有8個A/D口，賽車上使用8位精度，查詢方式訪問而非中斷方式，采樣數(shù)據(jù)右對

50、齊每次采樣使用4個A/D時鐘周期，具體函數(shù)如下：voidATD_init(void)ATD0CTL1=0x40;/7:1-外部觸發(fā),65:00-8位精度,4:放電,3210:chATD0CTL2=0x40;/禁止外部觸發(fā),中斷禁止ATD0CTL3=0xc0;/7:1右對齊無符號;6543:0100每次轉(zhuǎn)換2個序列,/No FIFO,Freeze模式下繼續(xù)轉(zhuǎn)ATD0CTL4=0x01;/765:采樣時間為4期,ATDClock=BusClock*0.5/PRS+1ATD0CTL5=0x/6:0特殊通道禁止,5:1連續(xù)轉(zhuǎn)換,4:1多通道輪流采樣ATD0DIEN=0x00;/禁止數(shù)字輸5.3.3PI

51、T中斷初始化賽車上共需要兩個定時中斷，一個0.1s的用于轉(zhuǎn)向舵機的控制以及一個0.04s的用于車速的PID控制。其初始化函數(shù)如下：PITCFLMT=0x00;/關PIT中斷PITCE=0x03;/使能0,1號端口PITMUX=0x00;/ch0,ch1連接到端口0PITMTLD0=0x16;/微定時，0100時鐘循環(huán)PITLD0=0x1999;/定時時間=5*100PITMTLD1=0x2c;PITLD1=0x1999;PTINTE=0x03;/使能PIT端口5.3.4光電編碼器初始化用于速度反饋的光電編碼器會隨著車輪的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生脈沖，使用PT7對其進行脈沖捕捉即可推算出行進路程，再與定時中斷結

52、合可算出車速。初始化函數(shù)如下：TIOS=0x00;TCNT=0X00;TSCR1=0X80;TSCR2=0X00;PACTL=0X40;TCTL3=0XC0;TCTL4=0X00;TIE=0X00;CTL3_EDG7x=1;5.4電磁采樣信號處理與使用5.4.1數(shù)字與模擬信號采集對比傳感器采集數(shù)據(jù)的方式有兩種：一種是數(shù)字采集方式，另一種是模擬采集方式。數(shù)字采集方式是傳感器把采集的電壓信號經(jīng)過比較器輸出給MCU的I/O口，而模擬采集方式是傳感器把采集的電壓信號經(jīng)過濾波處理后輸出給MCU的A/D輸出輸入端，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后再進行計算處理。圖5-3數(shù)字采集與模擬采集比較數(shù)字采集方式實時性好，信號處理

53、速度快，但因為這種采集方式只能識別幾個點的狀態(tài)，所以分辨率較低，線性度差，無法進行精確控制。所以要進行精確的控制，一般都選擇模擬采集方式。當然這種方法也有它的缺點，比如數(shù)據(jù)采集周期長，易受外界干擾。這些不利因素可以通過硬件和軟件有效的改進，能夠達到削弱或者避免的目的。總的來說，模擬采集方式的分辨率高，能夠精確地反映小車的當前位置。本文在設計中采用模擬采集方式，并且在實踐中缺的了理想的控制效果。5.4.2電磁采樣信號的處理與使用賽車的A/D采樣在主循環(huán)函數(shù)中進行，為了減小信號抖動的影響，對采樣信號進行簡單的低通濾波處理即將10個采樣點的信號取平均值作為一個數(shù)據(jù)，但這樣人不能避免突然出現(xiàn)的一個大幅

54、值尖峰對信號的影響，遂在此基礎上再加入一個步驟：在平均前大最小值去掉。這里需要說明一下，A/D采樣的頻率即使取十點平均也還有50kHz的采樣率，不會因為濾波而使賽車在響應上變慢。我們通過電磁傳感器獲得一組AD采樣信號，供單片機處理。磁場之間存在相互的影響，電感之間也存在干擾，因此，如何準確進行采樣成為必須解決的課題。為了獲取更加準確的數(shù)據(jù)信息，我們對獲得的數(shù)據(jù)進行了相應的處理：將數(shù)據(jù)都存入一個數(shù)組中，當采集到一個新的數(shù)據(jù)時，對數(shù)組中的數(shù)據(jù)進行滾動刷新，即新的數(shù)據(jù)靠前，舊的數(shù)據(jù)排后，數(shù)組中最早采集的數(shù)據(jù)在每次刷新的過程就自動丟棄。然后對該數(shù)組中的數(shù)據(jù)排序，去掉最大最小值，最后對剩下的數(shù)據(jù)求平均值

55、，這樣就獲得了一個相對比較準確的數(shù)據(jù)。5.4.3使用不同角度的電磁傳感器識別賽道在前文中已經(jīng)提到過，利用位于同一直線上的相距7厘米的內(nèi)側傳感器與相距9厘米的外側傳感器之間的互補性可以使用分段線性擬合的方式得到信號差值與導線位置的關系，具體使用流程圖如下（設偏差為-5cm時外側傳感器差值為TH0，+5cm時差值為TH1，外側傳感器信號差值為diff_out，內(nèi)側傳感器。圖5-4導線位置計算程序流程圖使用四個X方向探頭時，判斷彎道的條件是當偏離導線的距離達到一定程度，而這種情況在以較差姿態(tài)進入十字道時也會碰到，因而會出現(xiàn)吧十字道誤判為彎道的情況，但是在Y方向上十字道與彎道的區(qū)別是很明顯的，當賽車接

56、近十字道時兩個Y方向探頭信號都會迅速增大，因為此時的磁場幾乎是垂直于電感截面的，而接近彎道時由于賽道的最小轉(zhuǎn)彎半徑也有50cm，所以Y方向的磁場變化是比較緩慢的且不對稱的即不會出現(xiàn)同時快速增大的情況。綜上所述，只要把兩個Y方向探頭上的信號引入到彎道判斷中就可以解決十字道與彎道的混淆。由于判斷比較簡單，此處略去流程圖。5.5電機控制策略5.5.1電機PID控制(1)比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steadystateerror)在比例控制器中，控制器的輸出信號Uo與輸入信號Ui(即偏差)的大小成正比，即（5.6.1）即輸出信號U