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，這兩種芯片電路簡單、紋波很小，適合我們使用。LM2940  是國家半導(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，我們在智能車上安裝了陀螺儀和加速度計(jì)，我們分別使用了大賽組委會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。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角度測量的要求。但是實(shí)際使用中會發(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，但是這將會帶來過沖的問題。對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)附近電磁場對編碼器信號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 信號檢測模塊
信號檢測模塊是整個(gè)車方向控制的核心，我們使用了 MAX4451 高速儀表運(yùn)放對微弱的磁場信號進(jìn)行放大，采用兩個(gè)電感水平放置檢測道路信息，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 的交變磁場作為路徑導(dǎo)航信號，在頻譜上可以有效地避開周圍其它磁場的干擾，因此信號放大需要進(jìn)行選頻，使得 20kHz 的信號能準(zhǔn)確的被我們識別，去除其它干擾信號的影響。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)電動勢， 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 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)大電磁場有時(shí)會對一些模擬信號產(chǎn)生干擾，包編碼器信號，道路檢測信號。因此我們在設(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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