电磁感应智能电动车设计报告

电磁感应智能电动车设计报告姓名:张峰学号:2023111116专业:电子信息工程学院:电气与新能源学院摘要:为了实现小汽车智能控制，以ATmega16为核心，MCU将各种传感器得到的信息进行综合判别和处理，然后发出指令给电机驱动器，控制小汽车，使小汽车能够快速、准确的实现左转、右转、调速、前进、后退和停车。设计使用了线圈磁场传感器进行路径检测，测量车辆的位置，矫正行车路线。用干簧管检测起始线处的永磁铁使小车能精确的在其附近停车。用PWM调速法准确的实现左转、右转、调速、前进和后退。多传感器并行工作，MCU的综合数据处理为小车按照预定程序运行提供了充分的保证。关键字：ATmega16；线圈磁场传感器；干簧管；PWM调速法1小车系统整体设计电磁感应智能电动车采用ATMEL公司的高性能、低功耗的8位AVR微处理器作为主控制芯片。利用一个线圈磁场传感器检测路径，实现行车位置的判断，进而控制电机。系统分为控制部分以及信号检测部分。其中小车控制部分包括电机驱动模块；信号检测部分包括路径检测和起始线处永久磁铁检测。系统方案方框图如图1所示。路径检测路径检测软件控制驱动电机控制小车图1智能小车寻迹系统框图2系统各模块的原理与实现2.1主控芯片的选型ATmega16系列单片机是美国ATMEL公司生产的高性能、低功耗的8位AVR单片机。它具有先进的RISC结构，16K字节的系统内可编程Flash擦写寿命:10,000次；512字节的EEPROM擦写寿命:100,000次；四通道PWM；8路10位ADC；工作电压:：4.5-5.5V；32个可编程的I/O口；有40引脚PDIP封装,44引脚TQFP封装,与44引脚MLF封装。片上资源丰富，以提供“单片”解决方案。本系统选用一片40引脚PDIP封装的ATmega16作为MCU，与电机驱动芯片L298N一起控制电机。还处理线圈磁场传感器送来的路径检测信号，该信号主要控制小车的加速、减速、惯性行驶、刹车、转向等状态。2.2外部传感器的选择检测路径的传感器现在我们有很多测量磁场的方法，磁场传感器利用了物质与磁场之间的各种物理效应，我们需要选择适合车模竞赛的检测方法，除了检测磁场的精度之外，还需要对于检测磁场的传感器的频率响应、尺寸、价格、功耗以及实现的难易程度进行考虑。综合各方面考虑我们选取最为传统的电磁感应线圈的方案。它具有原理简单、价格便宜、体积小（相对小）、频率响应快、电路实现简单等特点，适应于快速实现路经检测的方案。检测起始线处永久磁铁的传感器由于起始线处有永磁铁标记故测量智能车沿跑道跑过的圈数时我们采用干簧管，该传感器体积小，可以装在车轮附近的车身上，每经过一次起始线，干簧开关闭合一次，并且精度比较高，是个很好的选择，故选用。2.3执行部件的选择执行部件分为驱动部件和方向控制部件两个部分。比较好的方案是在方向控制部分使用步进电机，这样可以由MCU比较精确的控制前轮转向的角度和持续时间，结合传感器传来的信号，便可以非常精确地控制小汽车行驶的方向。但是，维由于共该系阻统的离控制悔对象钓是由俱玩具肝电动已车改茂装，岔其电驳动机陶和变赛速系些统已园经无再法更朽换。唇故只准能使壁用该魔玩具反汽车窗自带声的两梦个电尸动机赖。实泻际使叼用时片，用捉PW先M肠信号节驱动算电动很机，桌控制稻电机生的输疏出功回率和董转速高。堂2.酒4车抛速的酬控制膏车速软调节惊的方问法有开两种启：一弯是用驶步进妇电机海代替疤小车麦上原蹈有的沾直流史电机鸡；二回是在睬原有哄直流回电机无的基荒础上神，采所用种PW蛋M爱调速究法进爸行调等速。占考虑勤到机位械装茂置不漠便于吃修改柱等因戴素，隆这里诊选择法后者览，利泳用单薪片机条输出惜端输误出高番电平忠的脉雾宽及嫂其占垂空比卵的大弟小来馆控制焰电机俩的转扶速，全从而落控制础小车弊的速滨度。特经过般多次晴试验踢，最派终确严定合挺适的庄脉宽魔和占步空比婆，基帮本能谎保证灶小车仍在所夏需要宵的速津度范孝围内找平稳灶前行居。快2.定5夫供电闹部件摧由于件该系励统用邻电池胳供电港，对匙电路而功耗任的要铸求比三较严罗格。巾该电吐路中叔耗电领量大闷的就菊是电移动机雕和份MC泰U旦。但截是主友要是稼电动鸭机，想功耗奖无法德消减季。另迅一方崖面，汇该系吓统为冷数字乏与模若拟混偿合系阿统，越要求耳使用鲁多档型不同苍的电身压供慧电，六比较献理想快的办浑法是隶使用碰DC帅-D摩C心变换城器来弟产生晓系统轮所需夺要的竖各种伯电压藏。但时是考芳虑到爹小车橡跑的阶距离扰不是子很长御，干孕电池真可以心支撑朴系统臭的稳疫定，阳再加脂上成纵本、盗体积直、效惹率、蔬噪声积干扰届一系构列随订之而码来的适问题示，系刚统并温未采签用脾DC我-D拼C踪变换孟的方酱案，乱而是殖直接迅用干扒电池钞供电冈。屑3垂硬件想原理蠢3.搅1埋M勾CU酿本实陪验功绩能不苗是很超多，伐一片斧AT赔me珠ga那16顷足够匆处理于路膊径拍检测分，电支机驱逗动硬，德控制但小汽典车按现要求杨完成壁任务荒。飘3.崭2唐路径仍探测乘及处即理电浩路暮3.爷2.溪1挤线圈掀磁场机传感专器萄工作些原理提i.骨磁界场检马测原搭理嘉:杆双水榴平线抖圈检啊测方县案右不同驱的线壶圈轴乖线摆杯放方肤向，祖可以冰感应扇不同贼的磁项场分站量。哑我们浙先讨授论一割种最忽简绘单的翠线圈丢设置泰方案破：双测水平兽线圈据检测随方案恒。在脱车模养前上里方水扰平方粱向固刑定两狭个相孝距恩L海的线说圈，毁两个抢线圈副的轴望线为律水平评，高口度为仇h浮，如使下图千所示狠：杆为了糖讨论格方便厌，我楼们在惯跑道稠上建精立如蝇下的延坐标顿系，齐假设感沿着垂跑道糊前进喝的方萍向命为占z逼轴，虑垂直暂跑道寒往上轨为日y运轴，涝在跑脉道平装面内叙垂直距于跑钻到中奶心线皆为耗x雪轴。尿xy打z锋轴满饰足甚右手絮方向榴。估假设我在车俭模前医方安覆装两际个水哥平的盖线圈秋。这螺两个第线圈朱的间使隔为线L我，线休圈的悠高览度为休h帝，参记见下虏图枝5冰所示蒜。左驳边的屡线圈吼的坐荒标为吗（陕x,责h,拾z受），暑右边牢的线欲圈的做位置陪(x灶-L怕,h茄,z代)尝。茄由于典磁场甲分布眼是以浑z咬轴为绍中心冈的同饺心圆装，所墙以在储计算浇磁场犯强度娃的时絮候我渡们仅挤仅考粗虑坐缘标持(x玩,y亦)穿。俩由于誓线圈弟的轴坚线是拴水平愈的，龟所以级感应共电动腾势反扭映了商磁场灰的水申平分剂量。宅根据狗公拐式可装以知沸道感攻应电漆动势顶大小将。凝图雕感应欺线圈警的布告置方是案母假设座h=筋5c役m库,鸡x光∈完(仗−握15族,+页15缝)c份m礼，计鞠算感山应电伟动势谨如果身只使仓用一吊个线境圈，挥感应淹电动锤势缺E占是位帖置糕x养的偶境函数矛，只景能够域反映胶到水仓平昂位置译的绝转对值脱x跨的大值小，浸无法斗分辨说左右汁。为右此，益我们村可以剪使用婚相距葛长度的为且L板的两苏个感裤应线态圈，触计算朽两个引线圈祖感应决电动桂势的左差值腰：举下面钞假设倾L碍=芽30包cm捷，计昂算两灾个线胁圈电跃动势挤差值茅d庄E恢。袄当左售边线陆圈的织位置朝x逗=霜15游cm某的时粘候，袄此时锻两个匀线圈低的中年心恰惰好处顿于跑栏道中按央，描感应遵电动巧势差李值物d帝E奇为川0用。当央线圈岸往左赤偏移梯，揭x谁刷∈散(狸15冲,3域0)泡坑，感药应电授动势务差值较小于健零；厅反之知，当股线圈哄往右节偏移案，巨x播∈弄(懂0,顺15竭)缺，感威应电嚼动势弄大于宏零。有因此寒在位至移误0旧∼脆30觉cm纸之间袜，电执动势虹差值颂d争E贝与位馅移陆x西是一锁个单小调函张数。佩可以重使用认这个愤量对抹于小淘车转文向进抹行负翠反馈遍控制黑，从舅而保缎证两胶个线偷圈的道中心煌位置窑跟踪湖赛道版的中勒心线缎。通泰过改偷变线碗圈高皂度醉h夫,筒线圈跟之间茧距离役L稠可以户调整嗽位置填检测恳范围气以及尾感应墙电动工势的苏大小件。息ii赏.晋电路坊设计稿原理润从上门面检告测原钳理可到以知甲道，陷测量驰磁场壤核心究是检失测线水圈的晕感应向电动歌势酬E既的幅稿值。熔首先贿选择裁合适出的检吓测线姿圈，时然后铜使用牧LC些纺串并陷联电场路来茄实现似对休20叔kH敬z泡的信宏号选毫频放音大，休从而筛去除吼其它膛干扰能信号驱的影仔响；仅由于鲜感应肌电动胆势达E宗值很娇小不励便于上检测敞，故案先将满其放田大到蚊1～曾5V乡，最困后将估放大绿后的奔电压营接入进单片絮机的见AD尺犯端口肾，使价用单凡片机纠直接漂采样并交变此电压最信号慰。闯本设英计中颗左侧乳检测匆信号狭直接魂送入垒AT爹me垫ga软16粪的P盟A0坦（A猾DC刮0）誉，右蓬侧检甚测信鼠号直亡接送召入盾AT参me疤ga怨16击的P仗A1艳（A该DC讯1）困。摘电路趴及参岂数如属下图借所示份：耽3.墓3温干及簧管田的工周作原叶理溪如宿右伟图所庆示，慌当有伸一个差永久竖磁铁则接近崭干簧酬开关耻时，便此两托片簧自片会搬被磁尝化成遮可相劈互吸抖引的拜不同枕极性小，当笼磁场蔬够大鼓时，赤可让菊两簧枯片间西产生返足够浆的吸帖引力沃而互绢相接讨触。绢从而渣产生旷一个权脉冲架，实灯现计献数功窃能。剪故只搜需将株其接眉到外化部计毕数器御PB竹1（打T1爬）通上。著干簧躲管的练工作子原理肥图艇3.猎4电林机驱轮动原授理笔3.道4.像1终电机鞠驱动甜电路随考虑吊到小堤车必膊须能饼够前随进、宫倒退偷、停极止，凭并能模灵活巨专销向怎，我怠们选抽用了劈电机昂专用牲驱动亦芯片逃。为勇了能粒控制舌车轮们的转覆速，遍可以盯采取他PW抖M亲调速羽法，钢即由固单片醋机的馅PW级M通损道壶输出授一系推列频丽率固兵定的骂方波双，再衣通过冠功率遥放大例来驱跃动电方机，泻在单浆片机眨中编右程改唯变输蛾出方醒波的盾占空他比就赴可以报改变踢加到怎电机搞上的膨平均坛电压叔，从舍而可鲜以改犬变电专机的超转速共。左涛右两恭轮两谷个电俱机转朽速的顾配合兄就可闷以实殃现小氏车的银前进质、倒衣退、戚等功唱能。茎L2宴98材N监工作态时，程IS茅EN傲A叛接地饥，安IN揉1脂为各1慨或屠0塔从厦EN筋A肌输入植PW爪M恨就纪可以市控制型电机财正转绒或者援反转卫。我踩们的合设计藏中将辨IN姻1博和棍IN暂2怒分别谱接到番两个岸I/纹O优口来茎控制梅电机闻的正浑反转支。追3.差4.对2私左图叛是决恒压蹲恒流洽桥式兆2A匠驱动志芯片扛L2兵98虎N童L2炸98绞是S约GS旦公司勉的产断品，族比较星常见霜的是械15阀脚M巡ul占ti深wa两tt墨封装殃的L磁29弟8N水，内芬部同哨样包墙含4贷通道仇逻辑涉驱动喜电路芹。可饰以方遇便的醒驱动高两个们直流演电机苦，或腊一个艺两相雄步进侵电机寺。恰L2惯98袋N可会接受无标准志TT益L逻妙辑电庙平信首号V乡SS瓜，V酱SS挺可接趋4．幕5～肢7克V电雾压。么4脚献VS冻接电花源电睁压，禁VS祖电压驾范围盒VI文H为逢＋2钞．5钞～4亡6齐V。蚂输出瓣电流歪可达诉2．脖5摧A，读可驱狼动电待感性俱负载皇。1湾脚和充15疤脚下请管的采发射枯极分狠别单状独引弯出以即便接习入电深流采衣样电砍阻，悼形成页电流纺传感熔信号滥。L吊29音8可魄驱动灭2个躺电动组机，时OU裕T1兽，O同UT逆2和任OU初T3餐，O稠UT拌4之初间可耗分别水接电糟动机洞，本恋实验川装置察我们针选用挺驱动降两睁台电邪动机临。5丑，7设，1辉0，蛙12烈脚接肺输入伤控制贵电平兄，控袭制电例机的辫正反团转。汪En栋A，险En歪B接负控制愁使能唤端，均控制设电机须的停猎转。盛表1粗是L嫁29仗8N除功能仓逻辑协图。摩3.赛4.窗3圣电机蓬驱动落电路委如下疯图所盯示，目IN森1和锅IN傍2控扫制电仍机M碧1（李小车抢左电肆机剑）球，I抓N3泽和I窜N4吐控制鸦电机熟M2趣（小默车右划电机逮）。管IN辟1、更IN槽2、输IN毒3和嚼IN艺4分田别接扰AT功me腔ga县16蛙的P犬WM掀输出刻口P右B3轰（O牢C0篇）、尖PD尤7（缸OC歌2）稍、P库D5奴（O愁C1楚A）档和P根D4打（O抵C1桂B）滑。赤驼共侍肉弄电坝机驱老动电告路图曾4嘱显示键部分萝由于模本设恒计要电显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