系统总设计方案(采集正弦波)...doc

第一章 赛车整体设计 1.1硬件模块设计 系统硬件模块设计图如图1.1所示。 图1.1 整个赛车硬件模块主要分为六大部分：电源模块、电磁信号采集模块、测速模块、驱动模块、舵机转向模块。附加的模块有液晶调试模块，和无线调试模块。详细原理图见文件（原理图.doc）。 1.2 软件结构流程 系统软件流程图如图2.3所示。 图1.2 系统软件流程图 第二章 智能车系统方案的关键 2.1 影响系统性能的关键因素 2..1 舵机的转动延时 造成车速提高时出现的转弯不及时等原因中，很大一部分由舵机的转动延时引起，而如何协调舵机延时与车速的控制则显得至关重要。 2.1.2 传感器检测精度 传感器的检测精度一方面会引起赛道标志的识别，另一方面会影响弯道和直道的检测。精度越高，赛道标志的识别就越精确，弯道会提前检测，直道时能够精准卡住黑线 2.1.3 传感器的前瞻距离 前瞻距离越大，越能提早检测到弯道，提前转弯，解决了舵机的延迟作用， 但是太远的前瞻亦会引起赛道的错误识别，导致走错赛道等等问题。 2..4 电机调速的快慢 赛车入弯时能否及时减到合适的速度，而赛车出弯时能否及时加到合适的速度，这就在某种程度上受电机驱动电路的限制。驱动的导通阻抗越低，则导通电流越大，驱动能力就越强 2.2 传感器分析 1、导线周围的电磁场 根据麦克斯韦电磁场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能汽车 竞赛使用路径导航的交流电流频率为20kHz，产生的电磁波属于甚低频（VLF） 电磁波。甚低频频率范围处于工频和低频电磁波中间，为3kHz～30kHz，波长为 100km～10km。如图3.1所示： 图2.1电流周围的电磁场示意图 导线周围的电场和磁场，按照一定规律分布。通过检测相应的电磁场的强度 和方向可以反过来获得距离导线的空间位置。 由电磁感应定理，变化的磁场在导线中产生电动势，闭合的导线中则会产生电流，按正弦规律变化的磁场则产生按正弦规律变化的电动势。由图2.1知，离导线越远磁场越弱，检测到的电动势就越小，又由于得到的是正弦变化的电压，电压的变化即电压幅值的变化。 为了得到稳定的电压信号，采用LC振荡电路进行信号采集。 从LC谐振电路得到的信号是交变的电压信号，电压幅值太小，只能达到几百毫伏，需进行放大，要直接能由AD采集，还必须把负电压升高为正电压且不能让信号失真，才能通过AD直接采集进行数据的处理。放大电路如图2.2所示。 图2.2 信号放大电路图 2.3 电感和电容类型的选取 对于谐振电路，电感和电容的选取只需满足 。我们选择了10mh的电感和6.8nf的电容。在电感和电容的数值匹配上，只要满足选取原则即可，对信号影响不大。但是电感和电容类型的选择则会对信号的稳定性，信号的强弱产生很大的影响。10mh的电感在市面上有很多类型，主要是绕线的粗细，粗的绕线可以得到更大，更稳定的信号，而细的绕线电感体积小，重量轻，且产生的信号也很稳定。所以从各方面考虑，我们选择了细绕线的电感。电容的类型则决定了谐振电路选频的能力的高低。最开始我们选用瓷片电容，得到的信号会随外界条件而发生变化，而且相同的两块电路对称性很低，信号之间有很大的差值。后来改用贴片钽电容，改变了这样的现状，使信号稳定且电路之间的对称性提高。由此，我们明白，不同的电容将会对电路造成很大的影响。 设计好电磁信号采集电路，得到了导线电流产生的磁场强弱在跑道上的分布情况，就需要考虑电感的安装方向以及不同的安装方向采集到的磁场信号所对应的小车的位置。 2.4 电感的安装方式选择 由图2.1知，导线周围分布的电磁场是以导线为中心的同心圆，距离导线越远，磁场越弱。将导线周围的电磁场按水平和垂直方向分解，可以考虑电感的竖直安放和水平安放。 竖直安放的电感主要采集的是垂直方向的磁场。随着距离导线的距离变宽，由电感检测到的磁场从小变大，再由大变小。电感安放的高低不一样，磁场的变化范围的宽度也不一样。电感安放得越高，检测到的磁场由低变高的范围越宽，随着电感的逐渐增高，这种表现会越来越明显，甚至可以覆盖整个跑道。其次，由于跑道上导线产生的垂直磁场相互叠加的原因，竖直安放的电感检测到的磁场会受到跑道上其它导线的影响，给处理造成了很大的不便。 水平安放的电感主要采集的是水平方向的磁场，随着距离导线的距离越来越短，水平方向的磁场减弱，检测到的电压信号幅值变小。电感安放的高低不同，这种变化程度也不一样。电感安放越低，磁场变化越快。随着电感安放高度的增加，这种变化将会减缓。且水平安放的电感不受其它导线产生的磁场的影响，处理起来相对简单。 2.4 信号