CN202351704U

CN202351704U - 一种基于电磁导航的循迹智能车

Info

Publication number: CN202351704U
Application number: CN2011204160143U
Authority: CN
Inventors: 韩毅; 刘永涛; 张倩; 刘凯; 李健; 李龙辉; 梅迎
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-10-27

Abstract

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。

Description

一种基于电磁导航的循迹智能车

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10mH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10mH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10mH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：

(1)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。

附图说明

图1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10mH电感和6.8nF电容组成。通过10mH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10K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。

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R10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R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16组成，其中电阻R11和电阻R12的阻值均为100Ω，电阻R13和电阻R14的阻值均为1kΩ，电阻R15和电阻R16的阻值均为500Ω。

H桥行驶驱动电路包括前进输入端J11，后退输入端J12，当电机前进输入端J11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、Q1、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PT0引脚相接，PWM23是舵机信号的控制端。PWM1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。

Claims

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1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1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1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1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1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10mH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1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1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。