车模改装、电磁信号处理、测距原理及串口调试--修改后

1、TELQ:2553204937微信号：xutonghua94车模改装、电磁信号处理、测距原理及串口调试主讲人：许铜华 目目 录录l飞思卡尔智能车一共有五种车模，分别是A、B、C、D、E车模，其中D、E车模只有两个车轮，属于平衡车组。A、B、C车模都是四轮车。车模改装指的是将买回来的车模改装成所需的模样。如果是电磁组，就需要在车上加碳素杆，将杆向前延伸出去，一般都比较长，在杆上放置电感；摄像头组需要在车的中间位置直立一根杆，杆不是很长，在杆上放置摄像头；光电组和摄像头组差不多，不过杆上不是放置摄像头，而是线性CCD。不管是什么组，车上都要有电机、电路板、单片机、电池。除

2、了平衡车，所有的车都应该有舵机。其中电机、舵机、电池在买车模的时候都已配备，买回来直接组装就行。电路板是需要大家自己焊接，测试。单片机和电路板共同控制车的各种姿态。电池负责供电。四轮电磁车直立电磁车四轮摄像头车直立摄像头车四轮光电车直立光电车l 舵机固定时，主要考虑以下几种因素：1、舵机连杆长度与响应速度的调配2、舵机连杆长度对安装位置的影响3、安装方式对重心的影响4、安装方式的可靠性（即是否牢固）l 关于舵机的安装方式，我们实验室较为主流的有直立式安装和倒置式安装。l 比赛车模的转向是通过舵机带动左右横拉杆实现。舵机的转动速度和功率是一定的，要想加快转向机构的响应速度，唯一的方法就是优化舵机

3、的安装位置及其力矩延长杆的长度。由于功率是速度与力矩乘积的函数，过分追求速度，必然要损失力矩，力矩的太小也会造成转向迟钝，因此设计时就要综合考虑转向机构响应速度与舵机力矩之间的关系，通过优化得到一个最佳的转向效果。l第十届飞思卡尔比赛中，电磁组要求是两辆车，其中有一辆车必须是B车模。B车模的轮胎摩擦系数很小，在PVC跑道上容易打滑。为了增大轮胎的摩擦系数，可以在轮胎上刻一些花纹，适当的打磨就行。由于车前轮胎一般都是前束，轮胎内侧的花纹尤为重要。在打磨的时候注意打磨均匀。B车模轮胎前轮前束l 根据麦克斯韦电场理论，交变电流会在周围产生交变的电磁场。智能车竞赛使用路径导航的交变电流频率为20kHz

4、，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3kHz30kHz,波长为100km10km。如下图所示：l 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。l 由电磁感应原理，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。由上图可知，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。l一般都是选用电感作为检测导线的传感器，但是其感应信号较弱，且混有杂波，所以要进行信号处理。要进行以下三个步骤

5、才能得到较为理想的信号：信号的滤波，信号的放大，信号的检波。l信号的滤波比赛选择20kHz的交变磁场作为路径导航信号，在频谱上可以有效地避开周围其他磁场的干扰，因此信号放大需要进行选频放大，使得20kHz的信号能有效的放大，并且去除其它干扰信号的影响。使用LC并联谐振电路来实现选频电路（带通电路），如下图所示：l信号的滤波 其中，E是感应线圈中的感应电动势，L是感应线圈的电感值，R0是电感的内阻，C是并联谐振电容。电路谐振频率为：已知感应电动势的频率f=20kHz,感应线圈电感为L=10mH，可以计算出谐振电容的容量为 C=6.33*10-9F。通常在市场上可以购买l信号的滤波在市场上可以购买

6、到的标称电容与上述容值最为接近的电容为6.8nF，所以在实际电路中选用6.8nF的电容作为谐振电容。l信号的放大由第一步处理后的电压波形已经是较为规整的20kHz正弦波，但是幅值较小，随着距离衰减很快，不利于电压采样，所以要进行放大，官方给出的如下参考方案即用三极管进行放大，但是用三极管放大有一个不可避免的缺点就是温漂较大，而且在实际应用中静电现象严重。l信号的放大l信号的放大因此我们放弃三极管放大的方案，而是采用集成运放进行信号的放大处理，集成运放较三极管优势是受温度影响很小，可靠性高。集成运放放大电路有同相比例运算电路和反相比例运算电路，我们在实际中使用正相比例预算电路。l信号的检波测量放

7、大后的感应电动势的幅值E可以有多种方法。最简单的方法就是使用二极管检波电路将交变的电压信号检波形成直流信号，然后再通过单片机的AD采集获得正比于感应电压幅值的数值。l红外传感器我们一般都选用GP2Y0A02YK0F夏普红外测距传感器。它采用了三角测量方法，被测物体的材质、环境温度及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出物体的距离。l红外传感器三角测量原理红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如右图所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了偏移距L，中心距X，以及

8、滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。l红外传感器技术参数：1、距离测量范围：20 to 150cm2、信号输出类型：电压模拟信号3、包装尺寸：29.5*13*21.6mm4、功耗：标称值33mA5、供电电压：4.5 to 5.5V模拟量输出，需要有AD转换器的单片机控制输出与距离成反比非线性关系AD位数越高测距效果越精确，10位AD可达0.1cmSD卡插入检测、写保护检测端口全部引出，方便功能扩展基于三角测量法原理l红外传感器从右图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上

9、不是这样的。当大于10cm的时候，成反比非线性关系。l红外传感器/=红外测距=/ AD1_Measure(1); AD1_GetValue16(AD_DATA); distance1=(AD_DATA58); distance2=(AD_DATA68);l超声波我们实验室一般都是用HC-SR04超声波测距，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：（1）采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号。（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回。（3）有信号返回，通过IO口ECHO

10、输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测距距离=（高电平时间*声速（340M/S）/2.l超声波如下图接线，VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出四个接口端。l超声波l超声波CSBsend_R_PutVal(1); Cpu_Delay100US(1);CSBsend_R_PutVal(0); while(1) CSB_rec_sign_R=CSBrec_R_GetVal(); if(CSB_rec_sign_R!=0) CSB_rec_time_R+; if(CSB_rec_sign_R=0 & CSB_rec_time_R!=0) CSB_distanc