基于磁场导航智能车控制器的设计

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基于磁场导航智能车控制器的设计

学校:

专业：电气工程及其自动化带队教师:参赛队员:

目录

第一章前言???????????????????3其次章方案论证?????????????????4第三章整体设计思路???????????????5

1）、磁场检测原理2)、系统整体结构3)、定磁场放大电路4）、交变磁场放大电路

第四章单元电路????????????????10

1)、单片机最小统2)、速度传感器模块3)、磁场检测模块4)、电机驱动模块5)、舵机驱动模块6)、LCD显示模块

第五章软件设计????????????????18第七章结论??????????????????21附页

前言

在智能导航系统中，如无人驾驶飞机、无人驾驶汽车，目前较为常用的导航方式为GPS导航。而地球磁场的大小和方向是任何人改变不了的，因此如何利用磁场导航具有很高的研究价值。

磁导航智能车根据多给交变的磁场信息或是根据无法人为改变的地球磁场来判断方向及大小，自行达到预期的目标并完成导航任务。当今机器人技术发展如火如荼，其应用已涉及包括国防等众多领域，工业自动化，神五、神六升天，无人探月飞船??无不得益于机器人技术的飞速发展。智能小车应当说是最基本的机器人雏形，智能小车控制系统的研制将有助于推动智能机器人等智能控制系统的发展。实时采集传感器信号，智能分析外部环境、路径信息，自动实现方向控制及速度调理，是智能小车控制的主要特点，其设计内容涵盖机械、汽车、电子、自动控制、计算机、传感器技术等多个学科的知识领域。作为一门新兴的综合技术，可广泛应用于工厂自动料车、固定场地搬运车等技术领域，具有良好的应用前景。

本文设计一智能车,能够检测有磁引导的轨迹识别,及自行检测当前地磁场.在有磁导航线路时,可跟踪线路磁场,自动寻觅轨迹,并迅速或依照规定速度前进.在水平面内确定方位角,当接受到位置坐标和速度等命令后,智能车可再不受人干预的状况下,自行到达目标位置.实现对特定磁导航的智能循迹和地磁场的方位角的测定,以实现水平面内的定位,用以实现导航.

其次章方案论证

该项目的研究内容为首先对磁场导航相关的理论进行分析，根据所分析的理论设计导航模型。利用单片机对磁场强度和方向进行测量。在磁场测量方面主要分为恒定磁场和变化的磁场，对于恒定磁场的测量，可以采用霍尔元件进行测量；对于变化的磁场可以利用电磁感应原理进行测量。不管是恒定的还是变化的磁场，其产生的电信号都是很微弱的，因此要采取相应的措施进行放大，如利用放大电路进行放大。放大之后的信号经过单片机采集分析，最终确定磁场的大小，然后可以通过磁场的大小来判断磁场的方向，进而进行导航。

（1）控制器选择

（A）At89s52是以款普及性很强的控制器，控制简单，入手简单，易

于操作，但此单片机结构较为简单，功能较少，速度相对也慢，很难完成本项任务

（B）Stc单片机继承了51的诸多优点，同样含有多种功能模块运算速

度较快，能顺利完成CPU的数据处理。

（C）飞思卡尔mc9s12xs128单片机是是基于速度更快的CPU12内核的

单片机系列，自身具有多个功能模块，其运行速度快，功能模块性能强，对完成本课题设计可以说可以完全胜任，只是价格较高，需要购买专门下载器和编程软件，在此性价比不高。

综上所述，我们选择方案C

（2）交变磁场信号放大电路

（A）

集成电路组成的交流放大器

（B）分立式元器件组成放大电路综上所述，我们选择方案B

（3）定磁场检测第一级放大电路

（A）采用差动放大电路，运用三个分立运放LM324组成的差动放大

电路组成高输入阻抗完成微弱电信号的

（B）单片集成芯片AD620，电路结构简单：一个AD620，一个增益

设置电阻Rg，外加工作电源就可以使电路工作，设计周期短，电路可靠性强。

综上所述，我们选择方案B

第三章整体设计思路

1）、磁场检测原理

3.1.1：交变磁场检测原理

本设计我们设计电磁车要检测的赛道环境是由通有20kHz、100mA左右交变电流的导线所产生的电磁场。电磁场检测是课题要解决的第一个关键技术，需要首先对电磁场的特性进行分析，然后根据分析的结果选择适合的检测原理，而后再选择相应的电磁传感器。

通有20kHz、100mA左右交变电流的导线，其周边的电磁场如下图：

导线周边磁场强度与距离的关系

由上图，很简单看到导线周边磁场的强度分布图。上图磁场强度分布图为垂直方向上距导线5cm高度的强度分布，圆上的磁场强度大小一致，并随着距离导线的半径r增加成反比下降。此时也是两者之间较线性的高度值。因此，我们的传感器就安装在距导线垂直高度5-10cm处。

导线周边的磁场强度一般为10-11Gs左右，我们选用工字线圈来做磁场强度检测元件，其检测的范围可以达到10-11Gs的数量级，同时它还具有原理简单、价格低廉、体积相对较小、频率响应快等优点。