電磁組飛思卡爾智能車技術(shù)報(bào)告（共43頁pdf）

ID:288146 · 發(fā)表于 2018-3-6 13:13

電磁組飛思卡爾智能車技術(shù)報(bào)告

2.1 核心控制單元
整車以 MK60DN512ZVLQ10 微控制器作為控制核心， Kinetis 系列微控制器是飛思卡爾公司于 2010 年下半年推出的基于 ARM Cortex-M4 內(nèi)核的 32 位微控制器，是業(yè)內(nèi)首款 Cortex-M4 內(nèi)核芯片。強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力和豐富的片內(nèi)資源，是智能車的一顆強(qiáng)勁的心臟，保證的車體姿態(tài)控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
2.2 電源管理模塊

為智能車提供穩(wěn)定的電源的前提下，為了簡(jiǎn)化電路，我們采用了  LM2940,AMS1117 兩種線性穩(wěn)壓電源芯片，這兩種芯片電路簡(jiǎn)單、紋波很小，適合我們使用。LM2940  是國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款線性低漏極失調(diào)電流穩(wěn)壓器，最大允許電流 1A，線性度非常好，非常適合為模擬器件提供穩(wěn)定的電源。AMS1117  是一款與 LM2940 功能特性類似的三端線性低壓差穩(wěn)壓芯片，最大允許電流 0.8A 作為，單片機(jī)和陀螺儀等模擬元件的供電電源。為了讓單片機(jī)穩(wěn)定工作，避免電機(jī)對(duì)單片機(jī)影響我們特地專門為單片機(jī)使用了一個(gè)獨(dú)立的  3.3V 穩(wěn)壓芯片，而且采取了 5V 于 3.3V 穩(wěn)壓芯片級(jí)聯(lián)的方式，保證了單片機(jī)工作電壓的穩(wěn)定。

2.3 加速度計(jì)和陀螺儀模塊
由于直立控制的需要，我們?cè)谥悄苘嚿习惭b了陀螺儀和加速度計(jì)，我們分別使用了大賽組委會(huì)要求的日本村田公司生產(chǎn)的 ENC-03MB 陀螺儀和飛思卡爾公司生產(chǎn)的度計(jì)。
MMA7361 是飛思卡爾公司生產(chǎn)的高性價(jià)比微型電容式三軸加速度傳感器， MMA7361 采用信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，提供 ?．5g／6g兩個(gè)量程，用戶可在這個(gè)靈敏度中選擇，該器件帶有低通濾波并已做 0g補(bǔ)償。ENC-03MB 陀螺儀是一種應(yīng)用科氏力原理的角速度傳感器，它輸出一個(gè)和角速度成正比的模擬電壓信號(hào)。具有體積小、重量輕、響應(yīng)快、低功耗等特性。
供電電壓Vdc2.7~5.25
最大角速度 deg./sec.+/-300
最大響應(yīng)頻率 50 Hz。
以上特性基本滿足了智能車直立對(duì)角度測(cè)量的要求。但是實(shí)際使用中會(huì)發(fā)現(xiàn)，該器件具有很大的溫漂，為了抑制溫漂在芯片輸出端加一個(gè)小電容，但是這將會(huì)帶來過沖的問題。對(duì)于過沖目前沒有一個(gè)個(gè)合適的解決方案，因此我們?nèi)サ袅诉@個(gè)小電容，因此帶來的溫漂問題我們是將加速度計(jì)和陀螺儀采集回來的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)中通過卡爾曼濾波程序處理得到我們所需要的角度值。

2.4 測(cè)速模塊
我們所使用的 C車車模有兩個(gè)電機(jī)，轉(zhuǎn)向時(shí)需要電子差速，因此我們的采用了兩路速度閉環(huán)控制，為每個(gè)輪子安裝了一個(gè)編碼器進(jìn)行測(cè)速。兩個(gè)編碼器都是歐姆龍公司生產(chǎn)的 300線編碼器，采用5V供電，輸出為峰峰值為 1V左右的正弦波，然后經(jīng)過一個(gè)滯回比較器后成為幅值為 3.3V的方波，輸入到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于 K60有兩個(gè)正交解碼模塊可以配置成計(jì)數(shù)模式，因此我們免去了外部計(jì)數(shù)器的電路。為了避免電機(jī)附近電磁場(chǎng)對(duì)編碼器信號(hào)的影響我們特地在編碼器上包裹了一層錫紙，以此來屏蔽干擾。

2.5 信號(hào)檢測(cè)模塊
信號(hào)檢測(cè)模塊是整個(gè)車方向控制的核心，我們使用了 MAX4451 高速儀表運(yùn)放對(duì)微弱的磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行放大，采用兩個(gè)電感水平放置檢測(cè)道路信息，通過濾波整流后將電感距中心線的距離轉(zhuǎn)化成為電平的大小。

2.5.1 選頻電路
賽道上使用 20kHz 的交變磁場(chǎng)作為路徑導(dǎo)航信號(hào)，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場(chǎng)的干擾，因此信號(hào)放大需要進(jìn)行選頻，使得 20kHz 的信號(hào)能準(zhǔn)確的被我們識(shí)別，去除其它干擾信號(hào)的影響。因此我們使用 LC并聯(lián)電路來實(shí)現(xiàn)選頻電路。如下圖所示。
其中，E 是感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， L 是感應(yīng)線圈的電感量， R0 是電感的內(nèi)阻

2.7 調(diào)試模塊
為了實(shí)時(shí)掌握車子運(yùn)行狀況，方便及時(shí)的調(diào)整車內(nèi)運(yùn)行參數(shù)，我們使用了無線模塊，實(shí)時(shí)的傳回波形，供我們分析。我們購買了一對(duì) XL02-232AP1 無線模塊，安裝在車子側(cè)
面。在實(shí)際使用時(shí)我們發(fā)現(xiàn)該模塊強(qiáng)大電磁場(chǎng)有時(shí)會(huì)對(duì)一些模擬信號(hào)產(chǎn)生干擾，包編碼器信號(hào)，道路檢測(cè)信號(hào)。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì) PCB 使將無線模塊放在側(cè)面，附近避免存在模擬器件。以此來避免干擾。

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