七面鳥隊技術報告(節選)

　　摘要：根據大賽規則，本智能車系統以單片MCF52259單片機作主控單元，利用振蕩回路感應引導線中交變電流產生的電磁波信號指出前進方向，用超聲波模塊結合陀螺儀控制直立，CPU處理信息后驅動電機推動車模前進及轉彎。在運行過程中，依靠PID算法對賽道進行穩定跟蹤并對車速進行控制，實現穩定快速的運行。

　　傳感器設計

　　1. 電感

　　同往屆比賽相同，電磁組的檢測源仍然是20kHz的交變磁場，導線通有20kHz，100mA的交流電，我們采用LC諧振回路來檢測交變磁場，經運算放大器放大，再通過RC檢波電路進行整流濾波，單片機AD采樣。

　　2. 超聲波模塊

　　這一屆競賽對電磁組有了新的要求，在原有尋道前進的基礎上要求車模僅靠兩輪直立行走。要控制車模直立，必然要獲得當前車模的運行狀態，首先需要獲得車模當前偏離平衡位置的傾角，參考方案推薦使用的是加速度計，融合陀螺儀來獲取當前角度，但是我們認為這一方案具有其必然的缺陷，在后面車模直立控制算法會詳細說明。我們使用了超聲波來獲取車模前瞻與地面的距離，根據三角關系轉化為車模的傾角。

　　3. 陀螺儀模塊

　　鑒于空氣阻力是非常小的，如果車模的直立只有P控制，理論分析可得車模會做正弦振蕩，這樣的系統是不穩定的，因此車模的直立還必須引入差分控制，我們采用的是競賽組委會推薦使用的村田公司出品的ENC-03系列的加速度傳感器，來獲取車模當前直立控制的角速度。

　　4. 測速模塊

　　采用了兩個光電碼盤來測左右輪的速度。

　　傳感器布局方式

　　我們通過實踐得知電感高度過高轉彎會出現延遲的問題，并且十字彎及S彎磁場相對復雜，高電感檢測的信息容易受到干擾，且易受到附近賽道磁場的干擾。但是電感高度太低電感容易飽和，傳感器對賽道賽道較為敏感，使得車輛前瞻可以很好地切線。但是對于長前瞻以及過小S的時候，容易車模轉向過大，影響車模的平滑運行，綜上考慮，我們選取的電感高度是18cm，兩個電感相距25cm一字擺開。

　　超聲波模塊置于車模前瞻距離車體較遠處，因為這樣車模傾角變化能引起超聲波測距較大的變化，提高超聲波測量車模傾角的精度。水平陀螺儀安裝在車模背面底盤，用熱熔膠固定即可。

　　電磁傳感器的架設

　　電磁車需要最大程度獲取賽道信息，傳感器需要做的盡量往前。增大前瞻以后，由前瞻帶來的轉動慣量也變得非常大。為此我們首先試用了釣魚用的碳卷桿。該竿壁非常薄，直徑5mm左右，因此很輕，1米也只有4g重量。不過使用中發現，此桿雖然強度大，但不抗壓，與車體連接處易斷裂。另外圓柱狀碳桿，固定電磁傳感器也不方便。目前我們用4mm的空心方碳桿作為前瞻固定。兩根副桿長度不一樣，從兩側支撐前瞻，以增加強度，防止前瞻高度改變。電磁感應器排布如上圖1所示。兩側電感與大多數隊大同小異，盡量相距遠，以獲取更多信息。中間我們用了兩個相互垂直的電感，可以用來采集磁場兩個方向上的分量，從而了解電磁線的斜率信息。