車模改裝、電磁信號處理、測距原理及串口調(diào)試--修改后

1、TELQ:2553204937微信號：xutonghua94車模改裝、電磁信號處理、測距原理及串口調(diào)試主講人：許銅華 目目 錄錄l飛思卡爾智能車一共有五種車模，分別是A、B、C、D、E車模，其中D、E車模只有兩個車輪，屬于平衡車組。A、B、C車模都是四輪車。車模改裝指的是將買回來的車模改裝成所需的模樣。如果是電磁組，就需要在車上加碳素桿，將桿向前延伸出去，一般都比較長，在桿上放置電感；攝像頭組需要在車的中間位置直立一根桿，桿不是很長，在桿上放置攝像頭；光電組和攝像頭組差不多，不過桿上不是放置攝像頭，而是線性CCD。不管是什么組，車上都要有電機、電路板、單片機、電池。除

2、了平衡車，所有的車都應(yīng)該有舵機。其中電機、舵機、電池在買車模的時候都已配備，買回來直接組裝就行。電路板是需要大家自己焊接，測試。單片機和電路板共同控制車的各種姿態(tài)。電池負責供電。四輪電磁車直立電磁車四輪攝像頭車直立攝像頭車四輪光電車直立光電車l 舵機固定時，主要考慮以下幾種因素：1、舵機連桿長度與響應(yīng)速度的調(diào)配2、舵機連桿長度對安裝位置的影響3、安裝方式對重心的影響4、安裝方式的可靠性（即是否牢固）l 關(guān)于舵機的安裝方式，我們實驗室較為主流的有直立式安裝和倒置式安裝。l 比賽車模的轉(zhuǎn)向是通過舵機帶動左右橫拉桿實現(xiàn)。舵機的轉(zhuǎn)動速度和功率是一定的，要想加快轉(zhuǎn)向機構(gòu)的響應(yīng)速度，唯一的方法就是優(yōu)化舵機

3、的安裝位置及其力矩延長桿的長度。由于功率是速度與力矩乘積的函數(shù)，過分追求速度，必然要損失力矩，力矩的太小也會造成轉(zhuǎn)向遲鈍，因此設(shè)計時就要綜合考慮轉(zhuǎn)向機構(gòu)響應(yīng)速度與舵機力矩之間的關(guān)系，通過優(yōu)化得到一個最佳的轉(zhuǎn)向效果。l第十屆飛思卡爾比賽中，電磁組要求是兩輛車，其中有一輛車必須是B車模。B車模的輪胎摩擦系數(shù)很小，在PVC跑道上容易打滑。為了增大輪胎的摩擦系數(shù)，可以在輪胎上刻一些花紋，適當?shù)拇蚰ゾ托?。由于車前輪胎一般都是前束，輪胎?nèi)側(cè)的花紋尤為重要。在打磨的時候注意打磨均勻。B車模輪胎前輪前束l 根據(jù)麥克斯韋電場理論，交變電流會在周圍產(chǎn)生交變的電磁場。智能車競賽使用路徑導航的交變電流頻率為20kHz

4、，產(chǎn)生的電磁波屬于甚低頻（VLF）電磁波。甚低頻頻率范圍處于工頻和低頻電磁波中間，為3kHz30kHz,波長為100km10km。如下圖所示：l 導線周圍的電場和磁場，按照一定規(guī)律分布。通過檢測相應(yīng)的電磁場的強度和方向可以反過來獲得距離導線的空間位置。l 由電磁感應(yīng)原理，變化的磁場在導線中產(chǎn)生電動勢，閉合的導線中則會產(chǎn)生電流，按正弦規(guī)律變化的磁場則產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的電動勢。由上圖可知，離導線越遠磁場越弱，檢測到的電動勢就越小，又由于得到的是正弦變化的電壓，電壓的變化即電壓幅值的變化。l一般都是選用電感作為檢測導線的傳感器，但是其感應(yīng)信號較弱，且混有雜波，所以要進行信號處理。要進行以下三個步驟

5、才能得到較為理想的信號：信號的濾波，信號的放大，信號的檢波。l信號的濾波比賽選擇20kHz的交變磁場作為路徑導航信號，在頻譜上可以有效地避開周圍其他磁場的干擾，因此信號放大需要進行選頻放大，使得20kHz的信號能有效的放大，并且去除其它干擾信號的影響。使用LC并聯(lián)諧振電路來實現(xiàn)選頻電路（帶通電路），如下圖所示：l信號的濾波 其中，E是感應(yīng)線圈中的感應(yīng)電動勢，L是感應(yīng)線圈的電感值，R0是電感的內(nèi)阻，C是并聯(lián)諧振電容。電路諧振頻率為：已知感應(yīng)電動勢的頻率f=20kHz,感應(yīng)線圈電感為L=10mH，可以計算出諧振電容的容量為 C=6.33*10-9F。通常在市場上可以購買l信號的濾波在市場上可以購買

6、到的標稱電容與上述容值最為接近的電容為6.8nF，所以在實際電路中選用6.8nF的電容作為諧振電容。l信號的放大由第一步處理后的電壓波形已經(jīng)是較為規(guī)整的20kHz正弦波，但是幅值較小，隨著距離衰減很快，不利于電壓采樣，所以要進行放大，官方給出的如下參考方案即用三極管進行放大，但是用三極管放大有一個不可避免的缺點就是溫漂較大，而且在實際應(yīng)用中靜電現(xiàn)象嚴重。l信號的放大l信號的放大因此我們放棄三極管放大的方案，而是采用集成運放進行信號的放大處理，集成運放較三極管優(yōu)勢是受溫度影響很小，可靠性高。集成運放放大電路有同相比例運算電路和反相比例運算電路，我們在實際中使用正相比例預(yù)算電路。l信號的檢波測量放

7、大后的感應(yīng)電動勢的幅值E可以有多種方法。最簡單的方法就是使用二極管檢波電路將交變的電壓信號檢波形成直流信號，然后再通過單片機的AD采集獲得正比于感應(yīng)電壓幅值的數(shù)值。l紅外傳感器我們一般都選用GP2Y0A02YK0F夏普紅外測距傳感器。它采用了三角測量方法，被測物體的材質(zhì)、環(huán)境溫度及測量時間都不會影響傳感器的測量精度。傳感器輸出電壓值對應(yīng)探測的距離。通過測量電壓值就可以得出物體的距離。l紅外傳感器三角測量原理紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當遇到物體以后，光束會反射回來，如右圖所示。反射回來的紅外光線被CCD檢測器檢測以后，會獲得一個偏移值L，利用三角關(guān)系，在知道了偏移距L，中心距X，以及

8、濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過幾何關(guān)系計算出來了。l紅外傳感器技術(shù)參數(shù)：1、距離測量范圍：20 to 150cm2、信號輸出類型：電壓模擬信號3、包裝尺寸：29.5*13*21.6mm4、功耗：標稱值33mA5、供電電壓：4.5 to 5.5V模擬量輸出，需要有AD轉(zhuǎn)換器的單片機控制輸出與距離成反比非線性關(guān)系A(chǔ)D位數(shù)越高測距效果越精確，10位AD可達0.1cmSD卡插入檢測、寫保護檢測端口全部引出，方便功能擴展基于三角測量法原理l紅外傳感器從右圖中，可以看到，當被探測物體的距離小于10cm的時候，輸出電壓急劇下降，也就是說從電壓讀數(shù)來看，物體的距離應(yīng)該是越來越遠了。但是實際上

9、不是這樣的。當大于10cm的時候，成反比非線性關(guān)系。l紅外傳感器/=紅外測距=/ AD1_Measure(1); AD1_GetValue16(AD_DATA); distance1=(AD_DATA58); distance2=(AD_DATA68);l超聲波我們實驗室一般都是用HC-SR04超聲波測距，該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚海?）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10us的高電平信號。（2）模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回。（3）有信號返回，通過IO口ECHO

10、輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測距距離=（高電平時間*聲速（340M/S）/2.l超聲波如下圖接線，VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回響信號輸出四個接口端。l超聲波l超聲波CSBsend_R_PutVal(1); Cpu_Delay100US(1);CSBsend_R_PutVal(0); while(1) CSB_rec_sign_R=CSBrec_R_GetVal(); if(CSB_rec_sign_R!=0) CSB_rec_time_R+; if(CSB_rec_sign_R=0 & CSB_rec_time_R!=0) CSB_distanc