简易电磁循迹智能小车.ppt

第一章简介概要,第二章设计原理,第三章制作过程,第四章总结,简介概要,智能汽车这个概念是在半个世纪前提出，一些发达国家如德国、美国、英国已将智能汽车用于社会服务，其拥有强大的控制、识别能功能。智能汽车不仅可以用于生产、服务，大幅度提高我们的工作效率，同时给予人们更多地便利及安全保障。智能汽车将会对未来交通系统带来巨大的变革。然而目前所需要解决的最大问题便是无人驾驶汽车的安全问题。,简介概要,简介概要,以汽车模型作为基础，通过自动识别道路中心位置处由通有交变电流（20KHz）的导线所产生的电磁场道路检测，从而实现自动寻迹的功能。,设计原理,该设计原理采用电磁感应效应检测导体周围产生的磁场。根据麦克斯韦电磁场理论可知，通有交变电流的导体周围会产生电磁场。由比奥-萨伐定律可知,在通有电流I，长度为L，距离导线中心为r的磁感应强度为：,磁感线是以导体为圆心的一系列同心圆，由上述公式可知，当电流I一定时，磁感应强度与距离导线中心的长度成反比。变化的磁场通过感应线圈会产生感应电动势。因此在小车前方放置感应线圈，根据磁场的大小产生相应感应电动势，驱动小车行进。根据法拉第电磁感应定律可知，假设线圈半径为r，感应电动势为：,位置分析整体思路,小车位于轨道中心小车偏左小车偏右,小车左转小车右转,本次设计中是通过判断小车偏移量，来调整小车位置，从而达到按规定路线行驶的要求。,逻辑判断表,系统硬件设计,总体设计方案,电磁传感器,信号采集及处理,逻辑控制,电机驱动,左电机,右电机,电源模块,电磁传感器,01,由于赛道路径上铺设的漆包线通有20KHz的方波，传感器采用传统的电磁感应线圈方案，它具有原理简单，体积较小，价格便宜，相应频率快，电路实现简单等优点。,检测电磁线圈选用10mH的工字电感，这类电感的体积小，Q值高，具有开放的磁芯等特点。已知感应电动势的频率为f=20kHz，感应线圈电感为L=10mH，可以计算出谐振电容的容量为：,标称电容与上述容值最为接近的电容为6.8nF，所以在实际电路中我们选用6.8nF的独石电容作为谐振电容。该电容虽然误差比较大，测试中15个电容里面误差最小的都有1453pF，但价格便宜。,信号采集及处理,01,信号处理电路由两级放大电路和检波电路组成，第一级放大是三极管放大，第二级放大是LM358单电源供电反比例运放电路。在两级放大之后，为了方便后面的逻辑控制，故需要幅度测量，本设计中选用倍压检波电路获得正比于交流信号峰峰值的方案，倍压检波电路中的二极管选用肖特基二极管，该二极管的开启电压一般在0.10.3V左右，小于普通硅二极管开启电压0.7V。,一级放大电路,二级放大电路,检波电路,逻辑控制电路,01,采用4个比较器，传感器的输入转换成电压后，输入到比较器正相输入端，负向输入端接一个变阻器方便调节比较电压。一路传感器电压输入到两路比较器。通过设定两个不同级别的电压判断当前的位置。,比计器原采用LM339比较器，它是三极管开路输出，接上拉电阻后，调试时发现LM339的输出不能驱动电机的驱动电路，加上上电阻后还是有问题。逻辑判断不准。后来采用LM358运放来替代比较器，因为LM358的输出是推挽输出，有较强的驱动能力。,电机驱动,01,电机驱动电路采用2N5551开关电路，比较器的输出驱动三极管基极，当Q1饱和导通时，电机转速较慢，当Q1和Q2都饱和导通时，电机转速较快。,制作过程,1,2,3,第一阶段：课程设计题目分析、文献查询和咨询阶段,第二阶段：电路设计、元器件采购及电路板PCB设计阶段,第三阶段：焊接电路及调试阶段,总结,通过在跑道上测试，本设计基本达到了课程设计要求。但其中也有不足之处。首先小车在行进途中会出现左右晃动的情况，通过分析，是由于对感应部分的放大电路没有达到要求，当导线位于两电感线圈中间时，产生的感应电动势极其微小，放大倍数不高，以至于后面的逻辑判断不能准确定位。其次对于小车行驶速度也有待提高，起初为了防止小车因速度过快不能及时反应而脱离跑道，因此在电机驱动电路上选择稍大电阻，以减小电流。整体而言，整个设计所需成本较低，功能也基本完善，在后续的学习和工作中，我将进一步改进传感器电路，加大探测范围，提升小车速度，来提升智能车的性能。,科技进步的空