第六届技术报告最终完成版Word格式文档下载.docx
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检波输出波形电极输出波
根据电磁传感器中电感的方向与磁场的关系，采用垂直方向放置时，其测量的磁场大小为Bx，且根据比奥沙法尔定义可知：
图2.1垂直方向传感器测量理论图
垂直方向传感器测量出的电压大小为：
根据实验测定的数据，利用MATLAB可得下图：
可得出以下结论：
实验数据与理论基本相同。
采用水平方向放置时，其测量的磁场大小为By，且根据比奥沙法尔定义可知：
输出检波为：
水平方向电磁传感器测出的电压大小为：
其特性图为：
图2.2水平方向传感器测量理论图
根据车与导线的位置关系如图：
其中：
AE=lA；
h为传感器距赛道的高度；
根据实验测得的数据，我们采用了垂直位置的传感器，根据电磁传感器采集出的电压的大小，两相邻的传感器的距离去3～5cm左右，我们采用相邻的两传感器间距为4cm。
2.2PCB主板的设计
要求主板的面积小，质量轻，其PCB如图所示：
2.2.1电源管理模块：
把电压为7.2V的电池经LM2940稳压后，其电路图如下：
2.2.2.电机驱动模块：
利用MOS管构成双极性H桥，使电流更大，驱动能力更强，再结合逻辑电路，使其使用更安全，更稳定，如下图所示：
操作时序如下：
输入A输入B电机转向
01正转
10反转
00停车
11停车
第三章设计方案概述说明
由于本电磁智能车模型采用A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，通过MC9S12XS128的AD口进行采集、处理，进而控制电机和舵机，进行模型车的智能控制。
3.1设计思路及方案的总体说明
根据电磁车循迹的要求，电磁车设计包括赛车的设计和恒流源的设计。
根据电磁传感器方案设计，赛车共包括五大模块：
电磁传感器模块、速度传感器、MC9S12XS128模块，电机驱动模块、电源管管理模块。
此处为框图
3.2系统各模块实现简介：
1.电磁传感器模块
检测导线电流约为100mA，频率20KHz的磁场的大小，进行路径识别，并输出电压给MC9S12XS128采集。
2.速度传感器
利用增量式红外编码器进行速度的测量，反馈给单片机，构成速度的闭环。
光电编码器线数越多，同等速度下单位时间内所能检测到脉冲数也越多，因而速度检测的分辨率也更高。
另一方面，线数增多后，相邻脉冲间的持续时间会变短，脉冲检测的可靠性会因相邻脉冲的干扰而受到影响。
3.MC9S12XS129模块
构成系统的控制器
4.电机驱动模块
通过MC9S12XS128单片机输出的PWM控制，功率放大用来驱动电机，要求驱动电流足够大，要考虑到大电流对整个系统的影响。
5.电源管理模块
制作相应的电源电路，针对个模块的输入信号要求。
利用稳压芯片将电源稳成5V，供单片机和速度传感器供电，舵机利用二极管降压供电，而电机则利用电源直接供电。
6.恒流源模块
由单片机产生频率20KHz的的方波信号，驱动三极管构成的电流源，然后经H桥进行功率放大，产生恒流功率信号。
第四章设计方案概述说明
为了体现程序的模块性和可移植性，我们把程序分成各个模块进行分别处理，而各模块也有相应的形参做为接口，可以做到可移植性，通用性。
下面就这些模块的设计与实现分别进行详细阐述。
程序中用到的硬件资源有PWM模块、AD模块、脉冲累加器、普通I/O口，主程序流程图如下：
此处需要修改
4.1传感器的测量算法
采用了垂直放置的传感器，根据采集到的数据，用MATLAB绘制出图形，并用直线拟合，
采集到的电压如下、MATLAB代码如下：
A=[8610814118422926728326322718514410883]/283;
B=-6:
1:
6;
plot（B,A）;
gridminor;
C=[108141184229267]/283;
D=-5:
-1;
y1=polyfit（D,C,1）;
x=-6:
0.1:
0;
y=40.6/283*x+307.6/283;
holdon;
plot（x,y）;
如图的直线与原曲线在2—5cm处拟合很好，故用此段的线性来计算偏移量，用来控制电机和舵机。
4.2舵机的PD控制
根据电磁传感器采集到的偏移量，利用前后几次偏移量之差进行PD控制。
舵机转角为：
其中Kp为比例系数；
b为相对于中心的偏移量；
Kd为积分系数；
Diff为位置微分量
4.3编码盘
增量式编码器的输出经PAC采集，采集上升沿的个数，用来测定当前速度，其程序流程图如下：
4.4速度控制PID算法及其改进
PID控制是工业过程控制中历史最悠久，生命力最强的控制方式。
这主要是因为这种控制方式具有直观、实现简单和鲁棒性能好等一系列的优点。
位置式PID算式连续控制系统中的PID控制规律是
4.1
其中是偏差信号为零时的控制作用，是控制量的基准；
利用外接矩形法进行数值积分，一阶后向差分进行数值微分，当选定采样周期为T时，式4.1可离散为下面的差分方程
4.2
增量式PID算式。
根据式4.2得出
4.3
于是
4.4
式4.3的计算结果，反映了第k和第k－1次输出之间的增量，所以称为增量算式。
这个算式的结果是可正可负的。
利用增量算式控制执行机构，执行机构每次只增加一个增量，因此执行机构起了一个累加的作用。
对于整个系统来说，位置和增量式两种算式并无本质区别，只是将原来全部由计算机完成的工作，分出一部分由其他元件去完成。
然而，虽然增量式算式只是算法上的一点改进，却带来了不少优点：
算式只与最近几次采样值有关，不需要进行累加，不易引起误差累积，因此容易获得较好的控制效果。
计算机只输出增量，误动作时影响小，必要时可加逻辑保护，限制或禁止故障时的输出。
手动于自动切换时，由于步进电机具有保持作用，所以容易实现无扰动切换，机器故障时，也可以把信号保持在原位。
由于增量算式有上述优点，在实际控制中，应用得比位置式更为广泛。
4.5软件介绍
经过我们组队员的共同开发，设计，验证，我们依据所学的知识从入门到提高，经历的了开发工具的应用、方案的设计、调试过程如下。
4.5.1开发工具
采用了USB接口的HCS12BDM下载工具，是支持FreescaleMC9S12系列16位单片机的BDM调试工具。
软件上采用的是CodeWarriorforHCS12,经过源程序的编写，连接，通过BDM下载至MC9S12XS128，完成单片机的开发过程。
CodeWarrior是Metrowerks公司专门面向Motorola（Freescale）设计的嵌入式应用开发的软件工具，包括集成开发环境IDE，处理器专家库，全芯片仿真，可视化参数显示工具，项目管理器，C交叉编译器，汇编器，链接器以及调试器，支持在线编程和调试，给我们的开发，设计工作带来了很大的方便。
4.5.2制作调试过程说明
本系统采用MC9S12XS128作为主控制器，结合20KHz，100mA的恒流源，构成了智能路径识别系统。
各硬件部分我们通过制作PCB电路板安装在智能车的相关部位。
在车头我们制作了寻迹用的电磁传感器电路板，只要输入激励电源后，即可获取磁场强度。
通过杜邦线，连接到安装在车身中央的MC9S12XS128上。
主控电路板包括了电源管理电路、单片机接口电路，终点识别部分，留有电磁传感器信号输入接口、速度传感器信号输入接口、电源输入接口、舵机控制接口、电机接口等输入输出端口。
开始时的电流源让我们很头疼，在参考了网上的很多方案和设计之后，最终形成了方案，按照频率和电流大小的要求，先产生频率，后放大成功率信号，在队员们的共同努力和指导老师的指导下，终于完成了恒流源的制作。
车的重心问题一直是困扰我们的地方，车的重心前后方向调整，对智能车行驶性能有很大影响。
按照车辆运动学理论，车身重心前移，会增加转向，但会降低转向的灵敏度，同时降低后轮的抓地力；
重心后移，会减少转向，但会增大转向灵敏度，后轮抓地力也会增加。
因而调整合适的车体重心，让智能车更加适应跑道是很关键的。
根据实际调试经验，鉴于当前舵机响应较迟缓，因此，需要将车的重心前移，增加转向性能。
电机驱动是最脆弱的地方，有时会出现短路或起火的现象，由于我们的驱动加入了逻辑控制单元，操作的失误不会引起这种想象，我们经过试验和判断分析，原因可能是由于先给了驱动PWM信号，这时如果给驱动加上电压，由于这时加上了一个阶跃信号，导致上下桥臂的MOS管导通了，由于MOS管的电阻很小，经过的电流很大而导致MOS管烧毁。
第五章总结
智能车主要技术参数模型车的外形如下图所示：
主要技术参数如下：
项目
参数
车模几何尺寸（长、宽、高）（毫米）
395×
241×
78
电路电容总量（微法）
约1100uF
传感器种类及个数
电磁传感器×
6；
红外编码盘×
1,
干簧管×
2
主要芯片
7805X17806X1;
MC9S12XS128×
1MC33886X2
车模重量
1.2Kg
赛道检测精度
1cm
电机个数
舵机×
1;
电机×
1
赛道检测频率（AD检测频率）
160KHz
第六章源程序
#include<
hidef.h>
#include"
derivative.h"
#include<
mc9s12xs128.h>
//-----------宏定义---------------
#defineAngle_Center1735
#definead_max175//95
#definead_max_sum160
#definead_deadline60
#defineCha_zhi_M30
#definekp28//宏定义
#defineki5//宏定义
#definekd15//宏定义
#definespeed_max500//返回的最大值,是pwm的周期值
#definespeed_min0
#definelose_limit600
#defineK10.011177
#defineK20.05714
#defineK30.00625
#defineBRAKE0xfe
#defineDRIVER0x01
/***********变量定义*******/
floatad_k1,ad_k2,ad_k3,ad_k4,ad_k5,ad_k6;
interror_test;
intx_error,x_error_limit;
charpre_turn;
intad1,ad2,ad3,ad4,ad5,ad6;
floatbi_li=1;
floats_20ms=0,ss=0,s=0;
intad_max1,ad_max2,ad_max_num1,ad_max_num2;
//intad_max,Cha_zhi_M;
intx;
//车位置
intcar_positn;
intx_error1=0;
intx_error2=0;
unsignedcharx_work,numm;
intpre_x=0;
intstreet_flag=0;
intstreet_flag1=0;
intstraight_flag=0;
intbrake_flag=0;
intangle_data;
//舵机转角
uintPWM_OUT=0;
longt1,t2,t3,t4,t5,t6;
uintstop_flag=0;
uintturn_flag=0;
uintleft_e,right_e;
intpre_angle;
unsignedintcar_driver;
//驱动力参数
unsignedintpulse_speed;
//电机当前速度
floatideal_speed;
//理想状态下的速度
intspeed_error;
//理想速度与当前速度的差值
intpre_error=0;
//PID控制的速度差值
intpre_d_error=0;
//PID控制的速度上一次差值
intpk=0,error=0;
//速度的PID值
intpre_car_positn;
intnow_speed;
intkp1,ki1,kd1;
unsignedcharstop_now=0;
unsignedchardanger=1;
intd_error;
intdd_error;
inttemp_k;
inta_kp,a_kd,a_kd_bl;
floatk,k_bl,k_x,k_temp;
/*************数组***********/
uintad0_table[10],ad1_table[10],ad2_table[10],ad3_table[10],ad4_table[10],ad5_table[10];
uintad_mix_table[6];
uintangle_table[2];
unsignedcharx_table[2];
/************函数声明*********/
voidData_init（void）;
//关键数据初始化
voidSetBusCLK_40M（void）;
//锁相环初始化
voidatd_init（void）;
//模/数转化初始化
voidpwm_init（void）;
//脉冲PWM初始化
voidTIM_init（void）;
//测速模块TIM初始化
voidsam_position（void）;
//模/数转化模块函数
voidcar_position（void）;
//计算当前模型车的位置函数
voidangle（void）;
//计算舵机的转角值函数
voidspeed_ping（void）;
voidcheck_start（void）;
voiddriver（void）;
//车的舵机和电机的驱动函数
voiddelay（unsignedintX）;
//延时函数
voiddelay1（unsignedinty）;
unsignedintabsolute（int）;
voidTimer（void）;
voidposition（void）;
voidtingche（void）;
voidcheck_turn（void）;
voidbrake（void）;
voidpid（void）;
//uintabsolute（inty）;
//=========********主程序*****============
voidmain（void）
{unsignedintn;
//先初始化各个初始化函数
Data_init（）;
//设置基本参数
SetBusCLK_40M（）;
TIM_init（）;
//TIM初始化
atd_init（）;
//ATD初始化
pwm_init（）;
Timer（）;
//PWM初始化
for（n=0;
n<
=65;
n++）
delay（40000）;
EnableInterrupts;
for（;
;
）//控制车行驶的函数
{
//t1++;
check_start（）;
position（）;
car_position（）;
//计算车的位置
angle（）;
//计算舵机的转角
check_turn（）;
brake（）;
speed_ping（）;
driver（）;
//驱动控制
}
}
/***********函数定义********/
voidData_init（void）
{
DDRA=0x00;
PUCR_PUPAE=1;
PORTA=0xff;
DDRB=0xff;
PORTB=0XFF;
PWMDTY01=Angle_Center;
t1=0;
t2=0;
t3=0;
t4=0;
ad_k1=1;
ad_k2=1;
ad_k3=1;
ad_k4=1;
ad_k5=1;
ad_k6=1;
//------------锁相环初始化-----------
voidSetBusCLK_40M（void）
CLKSEL=0X00;
//disengagePLLtosystem
PLLCTL_PLLON=1;
//turnonPLL
//SYNR=4;
//REFDV=1;
//pllclock=2*osc*（1+SYNR）/（1+REFDV）=80MHz;
SYNR=0x44;
REFDV=0x81;
//pullclock=80MHZ,BUSCLOCK=40M
_asm（nop）;
while（!
（CRGFLG_LOCK==1））;
CLKSEL_PLLSEL=1;
//engagePLLtosystem;
}
//------------ATD初始化---------------
voidatd_init（void）
ATD0CTL0=0x06;
//当完成第6通道转换后返回到第0通道
ATD0CTL1=0x10;
//8位转换精度，在采样前释放采样电容电荷
ATD0CTL2=0XC0;
//11000000启动A/D，快速清除标志位
//无等待模式，外部触发禁止（bit2=0），
//中断禁止（bit1=0）
ATD0CTL3=0X04;
//00000100转换序列为1、FIFO模式启动，冻结模式下继续转换
ATD0CTL4=0XE1;
//111000018位精度，24AD采样时间
//总线/（1+1）*2=4分频，AD时钟=1MHz
ATD0CTL5=0X30;
//连续转换序列多通道采样
}
//---------TIM初始化-----------
voidTIM_init（void）
PACTL=0X50;
//
PACNT=0X0000;
//------------------
voidTimer（void）
{
PITCFLMT_PITE=0;
//disablePIT//定时中断通道0关
PITCE_PCE0=1;
//enabletimerchannel0定时器通道0使能
PITMTLD0=250-1;
//timebase240clockcycles,it'
s0.1MHz定时器初值载入
PITMUX=0X00;
//ch0connectedtomicrotimer0定时器复合寄存器控制位16位寄存器与微时基0相连
PITLD0=800-1;
//INTVERALmicrotimebases
PITINTE_PINTE0=1;
//enableinteruptchannel0pt0
PITCFLMT_PITE=1;
//enablePIT
//--------------PWM初始化-------------
voidpwm_init（void）
{
PWMCTL=0XF0;
//11110000设置01级联，23级联，45级联，67级联01舵机，45,67电机
//PWMCTL=0XA0;
//设置6,7级联2,3通道级联
//PWMCTL_CON45=1;
//4,5级联
PWMPRCLK=0X22;
//A_COLK=10MHZB_COLK=10MHZ
PWMSCLA=0X05;
//COLKSA=1MHZ
PWMSCLB=0X05;
//COLKSB=1MHZ
//PWMCLK=0XA2;
//PWM01选择SA，PWM45选择SA,PWM67选择SB
PWMCLK_PCLK1=1;
//PWM01选择SA_CLK=1MHZ
PWMCLK_PCLK5=1;
//PWM45选择SA_CLK=1MHZ
PWMCLK_PCLK
升级会员 