《车模电磁组方案》word版

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1、摘要本文以智能汽车为模型，基于电磁传感器，采用MC9S12XS128微控制器，构建自主寻迹控制系统。系统的硬件设计采用模块化的设计方法。主要包括：微控制器模块、电源模块、光电传感器模块、速度检测模块、舵机驱动模块，电机驱动模块。系统的软件设计采用结构化程序设计方法。从结构上看，软件程序主要包括以下几个部分：主体循环程序，增量式PID速度控制程序，中断服务程序，舵机控制算法程序，速度控制算法程序以及一些其他控制程序。软件设计重点研究PID控制算法、PWM控制、模糊控制、闭环控制在该系统中的应用。PID及

2、PWM控制主要运用于电机的控制，模糊控制运用于道路信息的采集中，闭环控制系统是针对整个系统而构建的。关键词：MC9S12XS128，电磁传感器，H桥，PID控制一、总体结构设计本模型车采用电感来判别跑道上的电磁引导线，通过MC9S12XS128单片机来控制模型车各个模块的工作。路径识别系统电路由14个电感组成。通过传感器的不同方位设计，来判断车的行进角度，速度加减，赛道预测等等。路径识别模块会将当前采集到的一组信号值传递给微控制器。转速测量模块采用光电编码器，安装在车尾部，用来测量模型车行驶过程中的瞬

3、时速度。测量出的瞬时速度将输入到单片机中，以帮助分析确定模型车下一步的速度、转角等。为了能够及时设置调整一些重要的控制参数，如速度档位，需增加一个8路的拨码开关。总体设计分为控制系统设计、硬件设计、软件设计三大部分。1、控制系统设计智能车系统的控制结构是以微处理器为核心，车速控制器、直流电机和测速传感器构成一个闭环，该闭环的输入为路径判别后经模糊控制处理后的速度给定，输出直接驱动后轮；而舵机控制器构成一个控制系统通道，其输入为模糊处理后的路径转角偏差，输出直接控制前轮转向；最后以车体位置情况作为道路识

4、别反馈控制器的输入，其输出直接与道路中心线参数比较从而构成一个大的闭环控制系统。在控制策略的选择方面，遵循以下几点原则：（1）对于驱动电机，必须使用闭环控制。这样在行驶的过程中，保证有效的加速和减速机制。高效的加速算法使小车能在直道上高速行驶，而快速减速则保证了小车弯道的稳定、流畅。为了精确控制速度，实时对速度进行监控。（2）对舵机的控制，要保证在任何情况下，总能给舵机一个合适的偏移量，保证小车能始终连贯地沿电磁线以最佳路径行驶。电感采集到的是离散的数据，而舵机的输出要连续化，这样在过弯的时候才可以保

5、持连贯性。（3）系统整体采用前馈-串级以及解耦控制结构。前馈-串级控制能及时克服进入前馈回路和串级副回路的干扰对被控制量的影响，因为前馈控制的输出不是直接作用于执行机构，而是补充到串级控制副回路的给定值中，这样就降低了对执行机构动态响应性能的要求。（4）智能车是一个最优位置随动系统，从理论上讲应采用Bang-Bang控制。但Bang-Bang控制很难保证足够高的定位精度，所以宜采用Bang-Bang控制和线性控制相结合的方式，在线性控制段采用数字PID控制。图1控制系统框图2、硬件设计智能车的硬件设计

6、包括：电源模块，微控制器模块，传感器模块，速度传感器模块，舵机驱动模块，电机驱动模块。其中微控制器模块是系统的核心部分，它负责接收路径数据、车体速度等反馈信息，并对这些信息进行迅速处理，形成合适的控制量控制舵机和电机。传感器模块采用电感获取数据，输入到微控制器内部，通过模糊控制算法来判断小车车体与路径中心线的偏差。速度传感器模块由光电编码器和ECT脉冲捕捉功能构成。舵机驱动模块和电机驱动模块分别用于实现赛车转向和后轮驱动。硬件系统的框图如下所示：图2硬件系统框图3、软件设计软件是系统的灵魂，软件的好坏

7、决定了系统的优劣。本系统软件程序主要包括以下几个部分：1.初始化。系统初始化、端口初始化、中断初始化、A/D初始化、PWM初始化、定时器初始化；2.获取AD值，采样道路信息，并对采样信息进行二值化。3.车体状态位置计算。对道路信息采用模糊控制算法处理后将输出作为舵机和驱动电机的输入值。4.电机控制。微控制器通过测速电路反馈的脉冲数，通过ECT部分来捕获，进而获得转速值，通过改变PWM的占空比的方法控制其转速。5.舵机控制。微控制器通过位置计算，采用模糊控制算法给出一个输出等级，把该值乘以角度的系数接可

8、以精确控制舵机的转角，实现路径跟踪。软件框图如下所示：图3软件设计框图二、机械结构机械结构分成影响车行进中稳定性及车速等性能的几部分：舵机、悬架、轮胎、差速器、齿轮、电路板等。图4机械结构改装1、舵机的改装智能车舵机的改装直接关系到舵机的灵活性和角度的准确性。将舵机直立居中放置并架高一定高度，使得舵机输出轴距左右前轮的连杆等长。这样的调整可以使转向更加精确，并且减少转向控制时软件的编程量。抬高舵机加大连杆长度，可自行设计。2、前轮定位的调整对智能车的前轮