本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于磁場(chǎng)導(dǎo)航智能車控制器的設(shè)計(jì)

基于磁場(chǎng)導(dǎo)航智能車控制器的設(shè)計(jì)

學(xué)校:

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化帶隊(duì)教師:參賽隊(duì)員:

目錄

第一章前言???????????????????3其次章方案論證?????????????????4第三章整體設(shè)計(jì)思路???????????????5

1）、磁場(chǎng)檢測(cè)原理2)、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)3)、定磁場(chǎng)放大電路4）、交變磁場(chǎng)放大電路

第四章單元電路????????????????10

1)、單片機(jī)最小統(tǒng)2)、速度傳感器模塊3)、磁場(chǎng)檢測(cè)模塊4)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊5)、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊6)、LCD顯示模塊

第五章軟件設(shè)計(jì)????????????????18第七章結(jié)論??????????????????21附頁(yè)

前言

在智能導(dǎo)航系統(tǒng)中，如無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人駕駛汽車，目前較為常用的導(dǎo)航方式為GPS導(dǎo)航。而地球磁場(chǎng)的大小和方向是任何人改變不了的，因此如何利用磁場(chǎng)導(dǎo)航具有很高的研究?jī)r(jià)值。

磁導(dǎo)航智能車根據(jù)多給交變的磁場(chǎng)信息或是根據(jù)無(wú)法人為改變的地球磁場(chǎng)來(lái)判斷方向及大小，自行達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)并完成導(dǎo)航任務(wù)。當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)發(fā)展如火如荼，其應(yīng)用已涉及包括國(guó)防等眾多領(lǐng)域，工業(yè)自動(dòng)化，神五、神六升天，無(wú)人探月飛船??無(wú)不得益于機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展。智能小車應(yīng)當(dāng)說(shuō)是最基本的機(jī)器人雛形，智能小車控制系統(tǒng)的研制將有助于推動(dòng)智能機(jī)器人等智能控制系統(tǒng)的發(fā)展。實(shí)時(shí)采集傳感器信號(hào)，智能分析外部環(huán)境、路徑信息，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)方向控制及速度調(diào)理，是智能小車控制的主要特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋機(jī)械、汽車、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)領(lǐng)域。作為一門新興的綜合技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)料車、固定場(chǎng)地搬運(yùn)車等技術(shù)領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。

本文設(shè)計(jì)一智能車,能夠檢測(cè)有磁引導(dǎo)的軌跡識(shí)別,及自行檢測(cè)當(dāng)前地磁場(chǎng).在有磁導(dǎo)航線路時(shí),可跟蹤線路磁場(chǎng),自動(dòng)尋覓軌跡,并迅速或依照規(guī)定速度前進(jìn).在水平面內(nèi)確定方位角,當(dāng)接受到位置坐標(biāo)和速度等命令后,智能車可再不受人干預(yù)的狀況下,自行到達(dá)目標(biāo)位置.實(shí)現(xiàn)對(duì)特定磁導(dǎo)航的智能循跡和地磁場(chǎng)的方位角的測(cè)定,以實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)的定位,用以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航.

其次章方案論證

該項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容為首先對(duì)磁場(chǎng)導(dǎo)航相關(guān)的理論進(jìn)行分析，根據(jù)所分析的理論設(shè)計(jì)導(dǎo)航模型。利用單片機(jī)對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向進(jìn)行測(cè)量。在磁場(chǎng)測(cè)量方面主要分為恒定磁場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)，對(duì)于恒定磁場(chǎng)的測(cè)量，可以采用霍爾元件進(jìn)行測(cè)量；對(duì)于變化的磁場(chǎng)可以利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行測(cè)量。不管是恒定的還是變化的磁場(chǎng)，其產(chǎn)生的電信號(hào)都是很微弱的，因此要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行放大，如利用放大電路進(jìn)行放大。放大之后的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)采集分析，最終確定磁場(chǎng)的大小，然后可以通過(guò)磁場(chǎng)的大小來(lái)判斷磁場(chǎng)的方向，進(jìn)而進(jìn)行導(dǎo)航。

（1）控制器選擇

（A）At89s52是以款普及性很強(qiáng)的控制器，控制簡(jiǎn)單，入手簡(jiǎn)單，易

于操作，但此單片機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，功能較少，速度相對(duì)也慢，很難完成本項(xiàng)任務(wù)

（B）Stc單片機(jī)繼承了51的諸多優(yōu)點(diǎn)，同樣含有多種功能模塊運(yùn)算速

度較快，能順利完成CPU的數(shù)據(jù)處理。

（C）飛思卡爾mc9s12xs128單片機(jī)是是基于速度更快的CPU12內(nèi)核的

單片機(jī)系列，自身具有多個(gè)功能模塊，其運(yùn)行速度快，功能模塊性能強(qiáng)，對(duì)完成本課題設(shè)計(jì)可以說(shuō)可以完全勝任，只是價(jià)格較高，需要購(gòu)買專門下載器和編程軟件，在此性價(jià)比不高。

綜上所述，我們選擇方案C

（2）交變磁場(chǎng)信號(hào)放大電路

（A）

集成電路組成的交流放大器

（B）分立式元器件組成放大電路綜上所述，我們選擇方案B

（3）定磁場(chǎng)檢測(cè)第一級(jí)放大電路

（A）采用差動(dòng)放大電路，運(yùn)用三個(gè)分立運(yùn)放LM324組成的差動(dòng)放大

電路組成高輸入阻抗完成微弱電信號(hào)的

（B）單片集成芯片AD620，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：一個(gè)AD620，一個(gè)增益

設(shè)置電阻Rg，外加工作電源就可以使電路工作，設(shè)計(jì)周期短，電路可靠性強(qiáng)。

綜上所述，我們選擇方案B

第三章整體設(shè)計(jì)思路

1）、磁場(chǎng)檢測(cè)原理

3.1.1：交變磁場(chǎng)檢測(cè)原理

本設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)計(jì)電磁車要檢測(cè)的賽道環(huán)境是由通有20kHz、100mA左右交變電流的導(dǎo)線所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)檢測(cè)是課題要解決的第一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，需要首先對(duì)電磁場(chǎng)的特性進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析的結(jié)果選擇適合的檢測(cè)原理，而后再選擇相應(yīng)的電磁傳感器。

通有20kHz、100mA左右交變電流的導(dǎo)線，其周邊的電磁場(chǎng)如下圖：

導(dǎo)線周邊磁場(chǎng)強(qiáng)度與距離的關(guān)系

由上圖，很簡(jiǎn)單看到導(dǎo)線周邊磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布圖。上圖磁場(chǎng)強(qiáng)度分布圖為垂直方向上距導(dǎo)線5cm高度的強(qiáng)度分布，圓上的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小一致，并隨著距離導(dǎo)線的半徑r增加成反比下降。此時(shí)也是兩者之間較線性的高度值。因此，我們的傳感器就安裝在距導(dǎo)線垂直高度5-10cm處。

導(dǎo)線周邊的磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為10-11Gs左右，我們選用工字線圈來(lái)做磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)元件，其檢測(cè)的范圍可以達(dá)到10-11Gs的數(shù)量級(jí)，同時(shí)它還具有原理簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、體積相對(duì)較小、頻率響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。