基于單片機的電磁循跡小車的設計與應用

趙偉 于九龍 張瑞

關鍵字：智能車;電磁循跡;環境適應性;PID控制

? 一、系統設計方案

（一）總的設計方案分為硬件和軟件方案，此文中主要分析部分硬件模塊的設計及相關物理模型的分析，對于具體的C語言編程細節本文不做詳細描述。通過傳感器檢測到電壓采集模塊左右兩端和中間傳感器之間的壓差，將采集的壓差傳到STM32F103單片機，由PWM發生模塊發出PWM波，分別對舵機和直流電機進行控制，完成智能車的轉向、前進和制動等功能。

（二）全部設計主要有下面的功能：

①安裝電源檢測模塊，對智能車的電源電量進行實時檢測并通過OLED顯示屏顯示;②通過車頭的傳感器將磁場信號轉化為電壓信號，再將模擬的電壓信號轉化為數字信號;③后車輪裝有編碼器能實時檢測小車的行進速度;④小車能在直道、連續的彎道、環形道路以及低坡度的橋上快速穩步前進;⑤小車具有制動功能，在檢測到特定的磁場時會立即剎車。

? 二、硬件系統中主要模塊的設計

1.電源檢測模塊

本模塊使用高精度電阻分壓的方式對電池電壓進行測量

2.穩壓模塊的設計

我們需要降壓模塊進行12v到5v的電壓轉換，這里使用的芯片是LM2596S-5.0。

3.電磁傳感器模塊的設計

此設計利用LC諧振回路選出特定頻率的電磁波，再通過小功率三極管進行信號放大，最后通過倍壓檢波電路將交流電轉成直流電輸給單片機進行模數轉換。

4.小車運動軌跡建模

小車在轉彎時，后輪的內輪和外輪形式的距離不同，行駛的時間卻一樣，因此后輪之間存在差速問題，傳統的汽車使用機械差速器完成差速，而我們的小車采用兩個電機直接驅動后輪，不需要機械差速，使得機械設計更加簡單，具體參數的調節需要根據不同情況靈活改變。

5.速度檢測模塊

編碼器是一種將角位移或角速度轉換成一連串電數字脈沖的旋轉式傳感器，從檢測原理上可分為光電編碼器（光學式）和霍爾編碼器（磁式），本小車采用霍爾編碼器進行測速。

? 三、測試結果

按照設計，比賽時小車能夠快速通過直道、彎道、十字路口等多種類型賽道，完成60m長的賽道共用時26秒。

? 四、結束語

電磁循跡是比較新穎的循跡方法，不受光線、溫度、濕度等環境的影響，循跡精準高速，雖然現在只在比賽中出現，但這種方式具有廣闊的前景，未來在快遞、倉庫物流等方面將會發揮巨大的作用。

參考文獻：

[1]柯亨玉.電磁場理論[M].北京：人民郵電出版社，2004，8.

（作者單位：濟南大學）