第一章:引言。本章阐述了本文的研究背景和意义,智能车国内外发展状况,及“飞思卡尔”智能车竞赛情况。
第二章:电磁导引智能车系统总体设计。本章主要讲大赛中电磁导引组的设计要求,并根据要求对智能车系统的组成结构和工作原理进行了详细的说明。
第三章:电磁导引智能车系统建模。本章主要讲预瞄跟随理论在智能车中的运用,对智能车前轮转向建模和后轮驱动建模。
第四章: 电磁导引智能车控制策略设计。本章主要讲述智能车的路径识别算法设计,智能车电机控制策略设计和舵机控制策略设计。
第五章:电磁导引智能车调试。本章主要讲对智能车系统先进行分模块调试,主要对电磁传感模块、电机模块、舵机模块分别测试,然后对智能车整车联调,最后对调试过程中遇到的问题进行分析并寻求解决方案。
2 电磁导引智能车总体设计
2.1 电磁导引智能车设计要求
电磁导引智能车组智能车的循迹行驶通过感应交变的磁场实现,这种交变磁场是由赛道中心线下的导线通电流源产生的。本届大赛要求电磁导引智能车组使用A型车模,A型车模的运行模式为:前轮转向,后轮驱动,如图2.1所示。智能车需要通过电磁传感器检测道路信息,并进行相应的控制,使智能车能够自主循迹,并在弯道,十字路口,路障区域,坡道等复杂路段能顺利通过。
2.2 电磁导引智能车系统组成结构
系统的设计要求较难实现,需要对整个智能车系统进行分模块设计,主要包括:电源管理模块,编码器测速模块,后轮驱动模块,电磁传感模块,舵机转向模块,坡道检测模块,终点检测模块,人机接口模块,无线通信模块。其总体结构框图如图2.2所示。
电磁导引智能车总体结构框图
下面对各模块功能进行说明:
(1)单片机最小系统:单片机是整个控制核心,相当于智能车的大脑,单片机对传感器采集回来的直流电压数据进行处理,并产生电机和舵机需要的PWM控制量,同时协调各个模块工作,让智能车快速、稳定行驶。
(2)电源管理模块:为各个控制模块提供所需的电压。
(3)编码器测速模块:是构成电机闭环控制的重要环节,通过编码器对电机的转动进行脉冲计数,并将脉冲数和车轮正反转状态反馈给单片机。
(4)后轮驱动模块:单片机产生PWM脉冲,通过光电隔离环节、H桥功率装置给定电压控制直流电机,使后轮稳定转动。
(5)电磁传感模块:检测赛道路况信息,相当于智能车的眼睛,为智能车转向控制和速度控制提供决策依据。
(6)舵机转向模块:接收单片机一定占空比的PWM信号,控制舵机使其转动相应的转角,实现合理的转向控制。
(7)坡道检测模块:及时检测赛道是否有坡道出现,如遇坡道,需要反馈给单片机做相应的减速控制等操作。
(8)终点检测模块:检测跑道起始线附近的永磁体,通过检测相应信号的变化,反馈给单片机实现迅速平稳停车。
(9)人机接口模块:包括拨码开关和数码显示管。通过拨码开关向单片机设定参数,单片机也可选择将需要显示的状态信息显示在数码管上,此模块方便调试,不用每次进行程序的下载。
(10)蓝牙通信模块:将智能车行驶中的数据传给上位机,通过串口猎人实时显示数据及曲线,这个模块有助于智能车状态分析和改善调试性能。
2.3 电磁导引智能车系统工作原理