专利名称：一种基于电磁导航的循迹智能车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于电磁导航的循迹智能车。
背景技术：
随着经济技术的发展，自动控制技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动控制技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志，成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着世界范围内汽车普及率的提高，汽车在极大地方便人们生活的同时也带来了大量问题，如交通安全问题、城市交通拥挤和环境污染等，解决交通问题切实可行的办法是构建智能交通系统，而智能车辆作为智能交通系统的关键技术，在解决交通问题的过程中有着不可替代的作用。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种基于电磁导航的循迹智能车，该循迹智能车能够提高学生对自动控制智能车的深入理解，通过亲自动手安装和控制操作，可以锻炼学生的实际应用能力。该智能车装置能够沿着预先设定的轨迹进行循迹行驶。为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案一种基于电磁导航的循迹智能车装置，包括智能车和跑道，其特征在于，所述的跑道是通有100mA、20KHz交变电流的导线，在智能车上装有电磁传感器、起跑线检测模块、驱动模块、速度控制模块、编码器测速模块、单片机、舵机和电源模块，其中，电磁传感器、起跑线检测模块、舵机、编码器测速模块、驱动模块和电源模块均连接在单片机上，舵机上连接转向控制模块，驱动模块上连接速度控制模块，速度控制模块和编码器测速模块相连，电源模块还分别与舵机、编码器测速模块、电磁传感器、驱动模块相连。本实用新型的其它特点是所述的单片机采用MC9S12XS128型号的单片机。所述的舵机的型号为SANVA的ERG-VR。所述的编码器测速模块为E6A2-CW3C增量式光电编码器。所述的电机驱动模块采用H桥行驶驱动电路，该电路由两个PNP型三极管8550、两个NPN型三极管9013、两个NPN型三极管8050组成。 所述的电磁传感器模块由8个IOmH的电感和8个6. 8nF的电容组成的振荡电路构成。所述的起跑线检测模块采用IOmH电感和6. 8nF电容组成。还包括有干簧管检测电路。本实用新型的电磁导航的循迹智能车，以飞思卡尔高性能16位单片机MC9S12XS128MAL为核心，通过IOmH电感和6. 8nF电容检测跑道导线激发的电磁波来引导智能车行驶，跑道的形状可以自行设定。用编码器测速模块来检测小车的速度，使用经典PID 算法和鲁棒控制算法来控制小车的加减速。其优点主要包括以下几个方面(I)制作简单，容易实现。模型车车可以使用市场上司空见惯的玩具车，通过对模型车的改造还可以锻炼个人的动手能力。(2)采用单片机作为硬件，可以充分发挥个人的聪明才智，编写各种控制算法，验证控制理论，而不必改变硬件连接。(3)基于电磁导航的智能车，具有很强的环境适应性，不受外界光线、跑道色彩的影响。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的干簧管检测电路原理图。图3为本实用新型的鉴相电路原理图。图4为本实用新型的驱动电机的控制电路图。图5为本实用新型的微控制器的引脚连接电路图。图6 是 MC9S12XS128MAL 芯片实物图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参照图1，本实施例给出一种基于电磁导航的循迹智能车，包括智能车和跑道，所述的跑道是通有100mA、20KHz交变电流的导线，在智能车上装有电磁传感器、起跑线检测模块、驱动模块、速度控制模块、编码器测速模块、单片机、舵机和电源模块，其中，电磁传感器、起跑线检测模块、舵机、编码器测速模块、驱动模块和电源模块均连接在单片机上，舵机上连接转向控制模块，驱动模块上连接速度控制模块，速度控制模块和编码器测速模块相连，电源模块还分别与舵机、编码器测速模块、电磁传感器、驱动模块相连。本实施例中，跑道是通有100mA、20KHz交变电流的导线，跑道的形状可以自行设定。单片机选择飞思卡尔高性能16位单片机MC9S12XS128MAL ；起跑线检测模块采用IOmH电感和6. 8nF电容组成。通过IOmH电感和6. 8nF电容检测跑道导线激发的电磁波来引导智能车行驶，使用舵机来控制智能车的行驶方向，使用编码器来检测智能车的速度，结合经典PID算法和鲁棒控制算法来控制小车的加减速，此外，还包括有干簧管检测电路，该干簧管检测电路用于检测起跑线和控制停车。参照图2，干簧管检测电路一共接有四个干簧管，每个干簧管接一个IOK的上拉电阻，在起始线区安装有永久磁铁，每一边各三只。当干簧管靠近永久磁铁时，干簧管内部簧片磁化，簧片的接点部分感应出极性相反的磁极，吸引力大于弹簧的弹力，接点相互吸合， 干簧管内部导通，单片机接口处为高电平，当车模驶离磁铁区域后，干簧管周围磁力减弱， 干簧管内部弹片弹力大于磁力，接点打开，单片机接口处于低电平。由此来判断车模经过赛道起跑线以及控制停车。[0030]参照图3，本实施例中采用的舵机为SANVA的ERG-VR的高速反应舵机，其工作电压为6V，采用PWM信号控制。舵机驱动电路包括芯片74HC32D、稳压器LM350T、可调电阻R10、 电阻R9和稳压电容C3。其中，稳压电容C3、稳压器LM350T、可调电阻RlO和电阻R9共同组成稳压电路，为舵机提供稳定的工作电压。舵机由MC9S12XS128MAL单片机为其提供PWM信号，从而控制模型车的转向角度。参照图4和图6，本实施例采用日本OMRON公司生产的E6A2-CW3C增量式光电编码器来检测车速，该编码器提供两相输出，体积小，线数多，能够满足实际的需要，但速度是一个矢量，为了得知智能车行驶的方向信息，还必须设计一个鉴相电路来解决此问题。如图 4所示，利用一片D触发器74HC74构建了一个鉴相电路，当编码器工作时会产生AB两相输出，两相相差900相位,在该鉴相器中，以A相输出作为输入时钟信号，B相输出作为输入数据信号。当编码器左旋转时，由于A相滞后B相90°，相当于A相处在上升沿时B相总为高电平，根据D触发器的工作原理，74HC74的Q脚输出恒为高电平。反之，在编码器右旋转时则输出低电平，这样，就实现了鉴相的功能。参照图5，电机驱动模块采用H桥行驶驱动电路，该电路由两个PNP型三极管 8550 :Q1、Q2，两个NPN型三极管9013 :Q3、Q4、两个NPN型三极管8050 :Q5、Q6，电阻RU、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16组成，其中电阻Rll和电阻R12的阻值均为 100 Q，电阻R13和电阻R14的阻值均为IkQ，电阻R15和电阻R16的阻值均为500 Q。H桥行驶驱动电路包括前进输入端Jl I，后退输入端J12，当电机前进输入端Jl I为高电平信号时，三极管Q3、Q2、Q5导通，驱动电机中电流方向为从右到左，驱动电机正转，模型车前进；相反，当驱动电机后退输入端J12为高电平信号时，三极管Q4、Ql、Q6导通，驱动电机中电流方向为从左到右，驱动电机反转，模型车后退。参照图6，电磁传感器采集到的信号接到MC9S12XS128单片机的PAD0、PAD1、PAD2、 PAD3引脚，测速信号与单片机的PTO引脚相接，PWM23是舵机信号的控制端。PWMl和PWM5 是控制驱动电机信号的两个端口，用于控制驱动电机的正反转。
权利要求1.一种基于电磁导航的循迹智能车装置，包括智能车和跑道，其特征在于，所述的跑道是通有100mA、20KHz交变电流的导线，在智能车上装有电磁传感器、起跑线检测模块、驱动模块、速度控制模块、编码器测速模块、单片机、舵机和电源模块，其中，电磁传感器、起跑线检测模块、舵机、编码器测速模块、驱动模块和电源模块均连接在单片机上，舵机上连接转向控制模块，驱动模块上连接速度控制模块，速度控制模块和编码器测速模块相连，电源模块还分别与舵机、编码器测速模块、电磁传感器、驱动模块相连。
2.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，所述的单片机采用MC9S12 XS128型号的单片机。
3.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，所述的舵机的型号为SANVA的ERG-VR。
4.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，所述的编码器测速模块为E6A2-CW3C增量式光电编码器。
5.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，所述的电机驱动模块采用H桥行驶驱动电路，该电路由两个PNP型三极管8550、两个NPN型三极管9013、 两个NPN型三极管8050组成。
6.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，所述的电磁传感器模块由8个IOmH的电感和8个6. 8nF的电容组成的振荡电路构成。
7.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，所述的起跑线检测模块采用电感和电容组成。
8.如权利要求I所述的基于电磁导航的循迹智能车装置，其特征在于，还包括有干簧管检测电路。
专利摘要本实用新型公开了一种基于电磁导航的循迹智能车装置，包括智能车和跑道，跑道是通有100mA、20KHz交变电流的导线，在智能车上装有电磁传感器、起跑线检测模块、驱动模块、速度控制模块、编码器测速模块、单片机、舵机和电源模块，其中，电磁传感器、起跑线检测模块、舵机、编码器测速模块、驱动模块和电源模块均连接在单片机上，舵机上连接转向控制模块，驱动模块上连接速度控制模块，速度控制模块和编码器测速模块相连，电源模块还分别与舵机、编码器测速模块、电磁传感器、驱动模块相连。具有很强的环境适应性，不受外界光线、跑道色彩的影响。
文档编号G05D1/02GK202351704SQ20112041601
公开日2012年7月25日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者刘凯, 刘永涛, 张倩, 李健, 李龙辉, 梅迎, 韩毅 申请人:长安大学