七面鳥(niǎo)隊技術(shù)報告(節選)

　　摘要：根據大賽規則，本智能車(chē)系統以單片MCF52259單片機作主控單元，利用振蕩回路感應引導線(xiàn)中交變電流產(chǎn)生的電磁波信號指出前進(jìn)方向，用超聲波模塊結合陀螺儀控制直立，CPU處理信息后驅動(dòng)電機推動(dòng)車(chē)模前進(jìn)及轉彎。在運行過(guò)程中，依靠PID算法對賽道進(jìn)行穩定跟蹤并對車(chē)速進(jìn)行控制，實(shí)現穩定快速的運行。

　　傳感器設計

　　1. 電感

　　同往屆比賽相同，電磁組的檢測源仍然是20kHz的交變磁場(chǎng)，導線(xiàn)通有20kHz，100mA的交流電，我們采用LC諧振回路來(lái)檢測交變磁場(chǎng)，經(jīng)運算放大器放大，再通過(guò)RC檢波電路進(jìn)行整流濾波，單片機AD采樣。

　　2. 超聲波模塊

　　這一屆競賽對電磁組有了新的要求，在原有尋道前進(jìn)的基礎上要求車(chē)模僅靠?jì)奢喼绷⑿凶?。要控制?chē)模直立，必然要獲得當前車(chē)模的運行狀態(tài)，首先需要獲得車(chē)模當前偏離平衡位置的傾角，參考方案推薦使用的是加速度計，融合陀螺儀來(lái)獲取當前角度，但是我們認為這一方案具有其必然的缺陷，在后面車(chē)模直立控制算法會(huì )詳細說(shuō)明。我們使用了超聲波來(lái)獲取車(chē)模前瞻與地面的距離，根據三角關(guān)系轉化為車(chē)模的傾角。

　　3. 陀螺儀模塊

　　鑒于空氣阻力是非常小的，如果車(chē)模的直立只有P控制，理論分析可得車(chē)模會(huì )做正弦振蕩，這樣的系統是不穩定的，因此車(chē)模的直立還必須引入差分控制，我們采用的是競賽組委會(huì )推薦使用的村田公司出品的ENC-03系列的加速度傳感器，來(lái)獲取車(chē)模當前直立控制的角速度。

　　4. 測速模塊

　　采用了兩個(gè)光電碼盤(pán)來(lái)測左右輪的速度。

　　傳感器布局方式

　　我們通過(guò)實(shí)踐得知電感高度過(guò)高轉彎會(huì )出現延遲的問(wèn)題，并且十字彎及S彎磁場(chǎng)相對復雜，高電感檢測的信息容易受到干擾，且易受到附近賽道磁場(chǎng)的干擾。但是電感高度太低電感容易飽和，傳感器對賽道賽道較為敏感，使得車(chē)輛前瞻可以很好地切線(xiàn)。但是對于長(cháng)前瞻以及過(guò)小S的時(shí)候，容易車(chē)模轉向過(guò)大，影響車(chē)模的平滑運行，綜上考慮，我們選取的電感高度是18cm，兩個(gè)電感相距25cm一字擺開(kāi)。

　　超聲波模塊置于車(chē)模前瞻距離車(chē)體較遠處，因為這樣車(chē)模傾角變化能引起超聲波測距較大的變化，提高超聲波測量車(chē)模傾角的精度。水平陀螺儀安裝在車(chē)模背面底盤(pán)，用熱熔膠固定即可。

　　電磁傳感器的架設

　　電磁車(chē)需要最大程度獲取賽道信息，傳感器需要做的盡量往前。增大前瞻以后，由前瞻帶來(lái)的轉動(dòng)慣量也變得非常大。為此我們首先試用了釣魚(yú)用的碳卷桿。該竿壁非常薄，直徑5mm左右，因此很輕，1米也只有4g重量。不過(guò)使用中發(fā)現，此桿雖然強度大，但不抗壓，與車(chē)體連接處易斷裂。另外圓柱狀碳桿，固定電磁傳感器也不方便。目前我們用4mm的空心方碳桿作為前瞻固定。兩根副桿長(cháng)度不一樣，從兩側支撐前瞻，以增加強度，防止前瞻高度改變。電磁感應器排布如上圖1所示。兩側電感與大多數隊大同小異，盡量相距遠，以獲取更多信息。中間我們用了兩個(gè)相互垂直的電感，可以用來(lái)采集磁場(chǎng)兩個(gè)方向上的分量，從而了解電磁線(xiàn)的斜率信息?！　?/p>