智能车电磁组比赛技术研究报告.docVIP

第七届“飞思卡尔”杯 全国大学生智能汽车竞赛电磁组 技术报告 学 校： 河南理工大学 队伍名称： 志 成 队 参赛队员：杨宗保 黄号凯 毛学宇 指导教师： 张 新 良  摘 要 本文介绍了基于MC9S12XS128控制器的直立小车的设计方案。目的是仿照两轮自平衡电动车的行进模式，让车模以两个后轮驱动进行直立行走。 目 录 第一章 绪论 4 第二章 原理分析 7 2.1直立行走任务分解 7 2.2车模平衡控制 7 2.2车模角度和角速度测量 12 2.3 车模速度控制 19 2.4 车模方向控制 24 2.5车模直立行走控制算法总图 26 第三章 电路设计 28 3.1 整体电路框图 28 3.2 XS128介绍与单片机最小系统 29 3.3 倾角传感器电路 34 3.4 电机驱动电路 36 3.5 速度传感器电路 37 3.6 电磁线检测电路 38 3.7 电源模块 40 第四章、机械设计 40 4.1 车模简化改装 40 4.2 传感器安装 43 第五章 程序设计 46 5.1 相关模块初始化 46 5.2 软件功能与框架 51 5.3 主要算法及其实现 53 5.3.1 算法框图与控制函数关系 53 5.4 参数整定 59 5.4.1角度参数整定 59 5.4.2速度参数整定 60 5.4.3补偿时间常数整定 60 图 表 索 引 图1- 1 电磁组规定的C车车模 7 图1- 2 电磁组车模运行状态 7 图1- 3 车模控制任务 8 图1- 4 车模制作调试流程图 9 图 2- 1保持木棒直立的反馈控制 11 图 2- 2通过车轮运动保持车模平衡 11 图 2- 3车模简化成倒立的单摆 12 图 2- 4普通单摆受力分析 12 图 2- 5在车轮上的参照系中车模受力分析 13 图 2- 6 电机在不同电压下的速度变化线 15 图 2- 7 加速度传感器原理 16 图 2- 8 MMA7260三轴加速度传感器 16 图 2- 9 车模运动引起加速度信号波动 17 图 2- 10 车模运动引起加速度 Z轴信号变化 18 图 2- 11 角速度传感器及参考放大电路 19 图 2- 12 角速度积分得到角度 19 图 2- 13 角速度积分漂移现象 20 图 2- 14 通过重力加速度来矫正陀螺仪的角度漂移 20 图 2- 15 角度控制框图 21 图 2- 16电机速度检测 22 图 2- 17车模倾角给定 23 图 2- 18 车模倾角控制分析 24 图 2- 19车模运动速度控制简化模型 25 图 2- 20 车模角度和速度控制框图 26 图 2- 21改进后的速度和角度控制方案 27 图 2- 22检测道路中心电磁线方式 28 图 2- 23车模方向控制算法 29 图 2- 24 车模运动控制总框图 30 图 3- 1直立车模控制电路整体框图 32 表格1 XS128端口说明 32 图 3- 2 XS128LQFP封装引脚图 34 图 3- 3最小系统板（112针脚） 35 图 3- 4系统板与下载器BDM的连接图 36 图 3- 5 V3.0系统板112原理图 37 图 3- 6 陀螺仪加速度计模块 38 图 3- 7 陀螺仪加速度计二合一模块实物图 38 图 3- 8 电机驱动模块实物图 39 图 3- 9 电机驱动原理图 40 图 3- 10速度传感器电路 41 图 3- 11 LM386引脚图 42 图 3- 12 LM386典型应用电路 42 图 3- 13 传感器电路图 43 图 3- 14 电源模块原理图 43 图 4- 1 完整的 C型车模底盘 44 图 4- 2 简化后的 C型车模底盘 44 图 4- 3 使用热熔胶固定电机支架与车模底盘 45 图 4- 4 去掉后轮之后的车模底盘 46 图 4- 5使用复合胶水固定光电编码盘 47 图 4- 6固定好的光电码盘和光电检测管 47 图 4- 7电磁传感器支架 48 图 4- 8 陀螺仪加速度计安装示意图 49 图 5- 1 主程序框架 55 图 5- 2中断服务程序 55 图 5- 3 算法框图中与控制相关的软件函数 56 图 5- 4 控制函数调用与参数传递关系 57 第一章 绪论 本次全国大学生智能汽车竞赛电磁组要求采用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位处理器(单核)作为唯一的微控制器，采用C型车模。C型车模如图1- 1所示： 图1- 1 电磁组规定的C车车模 车模通过感应由赛道中心导线产生的交变磁场，进行路径检测，不允许使用传感器获取道路的光学信息进行路径检测。 智能汽车竞赛组委会将电磁组比赛规定为车模直立行走，如图1- 2所示