電磁感應智能電動車設計報告

電磁感應智能電動車設計報告姓名:張峰學號:2023111116專業(yè):電子信息工程學院:電氣與新能源學院摘要:為了實現(xiàn)小汽車智能控制，以ATmega16為核心，MCU將各種傳感器得到的信息進行綜合判別和處理，然后發(fā)出指令給電機驅動器，控制小汽車，使小汽車能夠快速、準確的實現(xiàn)左轉、右轉、調速、前進、后退和停車。設計使用了線圈磁場傳感器進行路徑檢測，測量車輛的位置，矯正行車路線。用干簧管檢測起始線處的永磁鐵使小車能精確的在其附近停車。用PWM調速法準確的實現(xiàn)左轉、右轉、調速、前進和后退。多傳感器并行工作，MCU的綜合數(shù)據(jù)處理為小車按照預定程序運行提供了充分的保證。關鍵字：ATmega16；線圈磁場傳感器；干簧管；PWM調速法1小車系統(tǒng)整體設計電磁感應智能電動車采用ATMEL公司的高性能、低功耗的8位AVR微處理器作為主控制芯片。利用一個線圈磁場傳感器檢測路徑，實現(xiàn)行車位置的判斷，進而控制電機。系統(tǒng)分為控制部分以及信號檢測部分。其中小車控制部分包括電機驅動模塊；信號檢測部分包括路徑檢測和起始線處永久磁鐵檢測。系統(tǒng)方案方框圖如圖1所示。路徑檢測路徑檢測軟件控制驅動電機控制小車圖1智能小車尋跡系統(tǒng)框圖2系統(tǒng)各模塊的原理與實現(xiàn)2.1主控芯片的選型ATmega16系列單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功耗的8位AVR單片機。它具有先進的RISC結構，16K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash擦寫壽命:10,000次；512字節(jié)的EEPROM擦寫壽命:100,000次；四通道PWM；8路10位ADC；工作電壓:：4.5-5.5V；32個可編程的I/O口；有40引腳PDIP封裝,44引腳TQFP封裝,與44引腳MLF封裝。片上資源豐富，以提供“單片”解決方案。本系統(tǒng)選用一片40引腳PDIP封裝的ATmega16作為MCU，與電機驅動芯片L298N一起控制電機。還處理線圈磁場傳感器送來的路徑檢測信號，該信號主要控制小車的加速、減速、慣性行駛、剎車、轉向等狀態(tài)。2.2外部傳感器的選擇檢測路徑的傳感器現(xiàn)在我們有很多測量磁場的方法，磁場傳感器利用了物質與磁場之間的各種物理效應，我們需要選擇適合車模競賽的檢測方法，除了檢測磁場的精度之外，還需要對于檢測磁場的傳感器的頻率響應、尺寸、價格、功耗以及實現(xiàn)的難易程度進行考慮。綜合各方面考慮我們選取最為傳統(tǒng)的電磁感應線圈的方案。它具有原理簡單、價格便宜、體積?。ㄏ鄬π。?、頻率響應快、電路實現(xiàn)簡單等特點，適應于快速實現(xiàn)路經(jīng)檢測的方案。檢測起始線處永久磁鐵的傳感器由于起始線處有永磁鐵標記故測量智能車沿跑道跑過的圈數(shù)時我們采用干簧管，該傳感器體積小，可以裝在車輪附近的車身上，每經(jīng)過一次起始線，干簧開關閉合一次，并且精度比較高，是個很好的選擇，故選用。2.3執(zhí)行部件的選擇執(zhí)行部件分為驅動部件和方向控制部件兩個部分。比較好的方案是在方向控制部分使用步進電機，這樣可以由MCU比較精確的控制前輪轉向的角度和持續(xù)時間，結合傳感器傳來的信號，便可以非常精確地控制小汽車行駛的方向。但是，維由于共該系阻統(tǒng)的離控制悔對象釣是由俱玩具肝電動已車改茂裝，岔其電駁動機陶和變賽速系些統(tǒng)已園經(jīng)無再法更朽換。唇故只準能使壁用該魔玩具反汽車窗自帶聲的兩夢個電尸動機賴。實瀉際使叼用時片，用捉PW先M腸信號節(jié)驅動算電動很機，桌控制稻電機生的輸疏出功回率和董轉速高。堂2.酒4車拋速的酬控制膏車速軟調節(jié)驚的方問法有開兩種啟：一彎是用駛步進婦電機海代替疤小車麥上原蹈有的沾直流史電機雞；二回是在睬原有哄直流回電機無的基荒礎上神，采所用種PW蛋M愛調速究法進爸行調等速。占考慮勤到機位械裝茂置不漠便于吃修改柱等因戴素，隆這里診選擇法后者覽，利泳用單薪片機條輸出惜端輸誤出高番電平忠的脈霧寬及嫂其占垂空比卵的大弟小來館控制焰電機倆的轉扶速，全從而落控制礎小車弊的速濱度。特經(jīng)過般多次晴試驗踢，最派終確嚴定合挺適的莊脈寬魔和占步空比婆，基幫本能謊保證灶小車仍在所夏需要宵的速津度范孝圍內找平穩(wěn)灶前行居。快2.定5夫供電鬧部件摧由于件該系勵統(tǒng)用鄰電池胳供電港，對匙電路而功耗任的要鑄求比三較嚴羅格。巾該電吐路中叔耗電領量大悶的就菊是電移動機雕和份MC泰U旦。但截是主友要是稼電動鴨機，想功耗獎無法德消減季。另迅一方崖面，匯該系嚇統(tǒng)為冷數(shù)字乏與模若擬混償合系阿統(tǒng)，越要求耳使用魯多檔型不同蒼的電身壓供慧電，六比較獻理想快的辦渾法是隸使用碰DC帥-D摩C心變換城器來弟產(chǎn)生曉系統(tǒng)輪所需奪要的豎各種伯電壓藏。但時是考芳慮到爹小車橡跑的階距離擾不是子很長御，干孕電池真可以心支撐樸系統(tǒng)臭的穩(wěn)疫定，陽再加脂上成縱本、盜體積直、效惹率、蔬噪聲積干擾屆一系構列隨訂之而碼來的適問題示，系剛統(tǒng)并溫未采簽用脾DC我-D拼C蹤變換孟的方醬案，亂而是殖直接迅用干扒電池鈔供電岡。屑3垂硬件想原理蠢3.攪1埋M勾CU釀本實陪驗功績能不苗是很超多，伐一片斧AT賠me珠ga那16頃足夠匆處理于路膊徑拍檢測分，電支機驅逗動硬，德控制但小汽典車按現(xiàn)要求楊完成壁任務荒。飄3.嶄2唐路徑仍探測乘及處即理電浩路暮3.爺2.溪1擠線圈掀磁場機傳感專器萄工作些原理提i.骨磁界場檢馬測原搭理嘉:桿雙水榴平線抖圈檢啊測方縣案右不同驅的線壺圈軸乖線擺杯放方膚向，祖可以冰感應扇不同賊的磁項場分站量。啞我們浙先討授論一割種最忽簡繪單的翠線圈丟設置泰方案破：雙測水平獸線圈據(jù)檢測隨方案恒。在脫車模養(yǎng)前上里方水擾平方粱向固刑定兩狹個相孝距恩L海的線說圈，毀兩個搶線圈副的軸望線為律水平評，高口度為仇h浮，如使下圖千所示狠：桿為了糖討論格方便厭，我樓們在慣跑道稠上建精立如蠅下的延坐標頓系，齊假設感沿著垂跑道糊前進喝的方萍向命為占z逼軸，慮垂直暫跑道寒往上軌為日y運軸，澇在跑脈道平裝面內敘垂直距于跑鉆到中奶心線皆為耗x雪軸。尿xy打z鋒軸滿飾足甚右手絮方向榴。估假設我在車儉模前醫(yī)方安覆裝兩際個水哥平的蓋線圈秋。這螺兩個第線圈朱的間使隔為線L我，線休圈的悠高覽度為休h帝，參記見下虜圖枝5冰所示蒜。左駁邊的屢線圈吼的坐荒標為嗎（陜x,責h,拾z受），暑右邊牢的線欲圈的做位置陪(x灶-L怕,h茄,z代)嘗。茄由于典磁場甲分布眼是以渾z咬軸為紹中心岡的同餃心圓裝，所墻以在儲計算澆磁場犯強度娃的時絮候我渡們僅擠僅考粗慮坐緣標持(x玩,y亦)穿。倆由于誓線圈弟的軸堅線是拴水平愈的，龜所以級感應共電動騰勢反扭映了商磁場灰的水申平分劑量。宅根據(jù)狗公拐式可裝以知沸道感攻應電漆動勢頂大小將。凝圖雕感應欺線圈警的布告置方是案母假設座h=筋5c役m庫,雞x光∈完(仗?握15族,+頁15縫)c份m禮，計鞠算感山應電偉動勢謹如果身只使倉用一吊個線境圈，揮感應淹電動錘勢缺E占是位帖置糕x養(yǎng)的偶境函數(shù)矛，只景能夠域反映膠到水倉平昂位置譯的絕轉對值脫x跨的大值小，浸無法斗分辨說左右汁。為右此，益我們村可以剪使用婚相距葛長度的為且L板的兩蘇個感褲應線態(tài)圈，觸計算朽兩個引線圈祖感應決電動桂勢的左差值腰：舉下面鈔假設傾L礙=芽30包cm捷，計昂算兩災個線脅圈電躍動勢擠差值茅d莊E恢。襖當左售邊線陸圈的織位置朝x逗=霜15游cm某的時粘候，襖此時鍛兩個勻線圈低的中年心恰惰好處頓于跑欄道中按央，描感應遵電動巧勢差李值物d帝E奇為川0用。當央線圈岸往左赤偏移梯，揭x誰刷∈散(貍15沖,3域0)泡坑，感藥應電授動勢務差值較小于健零；廳反之知，當股線圈哄往右節(jié)偏移案，巨x播∈弄(懂0,順15竭)缺，感威應電嚼動勢弄大于宏零。有因此寒在位至移誤0舊～脆30覺cm紙之間襪，電執(zhí)動勢虹差值頌d爭E貝與位餡移陸x西是一鎖個單小調函張數(shù)。佩可以重使用認這個憤量對抹于小淘車轉文向進抹行負翠反饋遍控制黑，從舅而保緞證兩膠個線偷圈的道中心煌位置窯跟蹤湖賽道版的中勒心線緞。通泰過改偷變線碗圈高皂度醉h夫,筒線圈跟之間繭距離役L稠可以戶調整嗽位置填檢測懇范圍氣以及尾感應墻電動工勢的蘇大小件。息ii賞.晉電路坊設計稿原理潤從上門面檢告測原鉗理可到以知甲道，陷測量馳磁場壤核心究是檢失測線水圈的暈感應向電動歌勢酬E既的幅稿值。熔首先賄選擇裁合適出的檢嚇測線姿圈，時然后銅使用牧LC些紡串并陷聯(lián)電場路來茄實現(xiàn)似對休20叔kH敬z泡的信宏號選毫頻放音大，休從而篩去除吼其它膛干擾能信號驅的影仔響；僅由于鮮感應肌電動膽勢達E宗值很嬌小不勵便于上檢測敞，故案先將滿其放田大到蚊1～曾5V鄉(xiāng)，最困后將估放大綠后的奔電壓營接入進單片絮機的見AD尺犯端口腎，使價用單凡片機糾直接漂采樣并交變此電壓最信號慰。闖本設英計中顆左側乳檢測匆信號狹直接魂送入壘AT爹me墊ga軟16糞的P盟A0坦（A猾DC刮0）譽，右蓬側檢甚測信鼠號直亡接送召入盾AT參me疤ga怨16擊的P仗A1艷（A該DC訊1）困。摘電路趴及參豈數(shù)如屬下圖借所示份：耽3.墓3溫干及簧管田的工周作原葉理溪如宿右偉圖所慶示，慌當有伸一個差永久豎磁鐵則接近嶄干簧酬開關恥時，便此兩托片簧自片會搬被磁嘗化成遮可相劈互吸抖引的拜不同枕極性小，當籠磁場蔬夠大鼓時，赤可讓菊兩簧枯片間西產(chǎn)生返足夠漿的吸帖引力沃而互絹相接討觸。絹從而渣產(chǎn)生曠一個權脈沖架，實燈現(xiàn)計獻數(shù)功竊能。剪故只搜需將株其接眉到外化部計畢數(shù)器御PB竹1（打T1爬）通上。著干簧躲管的練工作子原理肥圖艇3.獵4電林機驅輪動原授理筆3.道4.像1終電機鞠驅動甜電路隨考慮吊到小堤車必膊須能餅夠前隨進、宮倒退偷、停極止，憑并能模靈活巨專銷向怎，我怠們選抽用了劈電機昂專用牲驅動亦芯片逃。為勇了能?？刂粕嘬囕唫兊霓D覆速，遍可以盯采取他PW抖M親調速羽法，鋼即由固單片醋機的餡PW級M通損道壺輸出授一系推列頻麗率固兵定的罵方波雙，再衣通過冠功率遙放大例來驅躍動電方機，瀉在單漿片機眨中編右程改唯變輸蛾出方醒波的盾占空他比就赴可以報改變踢加到怎電機搞上的膨平均壇電壓叔，從舍而可鮮以改犬變電專機的超轉速共。左濤右兩恭輪兩谷個電俱機轉朽速的顧配合兄就可悶以實殃現(xiàn)小氏車的銀前進質、倒衣退、戚等功唱能。莖L2宴98材N監(jiān)工作態(tài)時，程IS茅EN傲A叛接地饑，安IN揉1脂為各1慨或屠0塔從廈EN筋A肌輸入植PW爪M恨就紀可以市控制型電機財正轉絨或者援反轉衛(wèi)。我踩們的合設計藏中將辨IN姻1博和棍IN暫2怒分別譜接到番兩個岸I/紋O優(yōu)口來莖控制梅電機聞的正渾反轉支。追3.差4.對2私左圖叛是決恒壓蹲恒流洽橋式兆2A匠驅動志芯片扛L2兵98虎N童L2炸98絞是S約GS旦公司勉的產(chǎn)斷品，族比較星常見霜的是械15閥腳M巡ul占ti深wa兩tt墨封裝殃的L磁29弟8N水，內芬部同哨樣包墻含4貸通道仇邏輯涉驅動喜電路芹?？娠椧苑接霰愕男羊寗痈邇蓚€們直流演電機苦，或臘一個藝兩相雄步進侵電機寺。恰L2慣98袋N可會接受無標準志TT益L邏妙輯電廟平信首號V鄉(xiāng)SS瓜，V醬SS挺可接趨4．幕5～肢7克V電霧壓。么4腳獻VS凍接電花源電睜壓，禁VS祖電壓駕范圍盒VI文H為逢＋2鈔．5鈔～4亡6齊V。螞輸出瓣電流歪可達訴2．脖5摧A，讀可驅狼動電待感性俱負載皇。1灣腳和充15疤腳下請管的采發(fā)射枯極分狠別單狀獨引彎出以即便接習入電深流采衣樣電砍阻，悼形成頁電流紡傳感熔信號濫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