MCU电磁导引车控制系统硬件设计+PCB电路图(3)

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无人驾驶汽车对减缓交通压力和提高交通安全性具有重要意义，世界各国各地都在这方面投入了大量人力物力进行深入研究。在2005年，美国斯坦福大学研制出一辆自动驾驶的汽车完成了美国国防部“大挑战”比赛；在2010年，在由德国汉堡Ibeo公司研制的无人驾驶汽车能够在错综复杂的城市交通网络中实现自主行驶；在最近，以色列Mobileye Vision科技公司开发了一款“廉价”的无人驾驶汽车，该车预计可以实现量化生产，但受成本制约，其智能化水平不高。

在无人驾驶汽车研究中，国内也取得了一系列令人瞩目的成果。2012年，在京津高速公路上，一辆由军事交通学院研制的自主驾驶智能车完成了测试行驶，全程百公里无人为操作，顺利完成行驶。这项研究具有重大研究意义，各国将在这条路上越走越远，在未来的社会中，无人驾驶智能车将达到更高的智能化水平。

1．4 本文主要研究内容和组织结构

本文以“飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛为背景，根据大赛组委会提供的比赛细则，确定了电磁导引智能车的控制系统总体设计方案。为了保证得到运行稳定、反应迅速以及高速度的智能车，主要从机械结构调整和硬件电路设计进行了一下几个方面的工作：

 整车的组装。大赛规定本次电磁组使用A型车模，在安装时，为了稳定车体重心，将电路板安装于车体中央，电池靠后轮安放于车体后方，这样有利于车体稳定，提高车体速度[6][7][8]。

 整套硬件电路板原理图的设计。根据比赛要求，设计之初将本次电磁导引小车分为十大模块设计，分别是单片机核心控制模块、电源管理模块、电磁传感器模块、舵机驱动模块、电机驱动模块、编码器测速模块、坡道检测模块、人机接口模块、无线通信模块和终点信号检测模块，然后进行单片机端口资源分配，各个模块元器件选型。

 硬件电路PCB板的设计。为了做出效果最优的PCB板，为软件算法提供优秀的平台，根据电磁兼容性技术（EMC）理论的要求，严格制定本次电磁导引智能车的全套PCB电路板[12][15]。

 系统调试。在对每个模块分别进行测试，整定好每个模块的参数之后，完成系统联调。

2 电磁导引智能车控制系统总体设计

2．1 系统方案总体设计

在进行系统设计之前，需要对智能车的各功能模块的可行性与必要性进行详细的分析和论证，争取得到效果最优的设计方案，这样可以有效的减少设计出错和退回的几率。对于电磁导引整体车设计而言，系统硬件设计是所有功能实现的基础[13]，只有设计出功能强大以及高稳定性的硬件电路板，才能为软件系统提供好的功能实现平台，从而提高小车整体的性能。

飞思卡尔智能车大赛对电磁导引智能车的设计要求是使用大赛组委会提供的A型车模，区别于上一届两轮直立行走，本次设计为前轮转向后轮驱动四轮行驶。加入了舵机模块，使用指定的FUTABA S3010型号舵机，用于驱动前轮转向。大赛提供的赛道为45cm，要求电磁组车模改装完毕后，车模尺寸宽度不超过25cm。电磁导引智能车对位于赛道中央的通有20KHz，100mA的交流电流的导线进行循迹，保证小车沿着赛道中心行走，不冲出赛道[14]。

本次大赛的赛道直线区会有长度不超过1米的路障区域，赛道上最多会出现两段路障区域，通电导线铺于赛道表面，障碍物下面。路障区域如图2.1所示。路障长度与赛道宽度相同，宽度为10cm，高度小于0.5cm，间隔为10cm。经过计算分析，在路障区域会出现小于等于10个障碍，因此对小车的整体稳定性提出了较高的要求。同时本次电磁组增加了坡度为15°之内的坡面道路，为了更好的检测坡道，在硬件设计方面，尽可能增加电磁传感器的前瞻长度，同时添加坡道检测模块，这样可以较早的检测到坡道位置，提前减速，以便更好地通过坡道，以防车体撞到坡道冲出跑道。