基于单片机的电磁循迹小车的设计与应用

赵伟 于九龙 张瑞

关键字：智能车;电磁循迹;环境适应性;PID控制

  一、系统设计方案

（一）总的设计方案分为硬件和软件方案，此文中主要分析部分硬件模块的设计及相关物理模型的分析，对于具体的C语言编程细节本文不做详细描述。通过传感器检测到电压采集模块左右两端和中间传感器之间的压差，将采集的压差传到STM32F103单片机，由PWM发生模块发出PWM波，分别对舵机和直流电机进行控制，完成智能车的转向、前进和制动等功能。

（二）全部设计主要有下面的功能：

①安装电源检测模块，对智能车的电源电量进行实时检测并通过OLED显示屏显示;②通过车头的传感器将磁场信号转化为电压信号，再将模拟的电压信号转化为数字信号;③后车轮装有编码器能实时检测小车的行进速度;④小车能在直道、连续的弯道、环形道路以及低坡度的桥上快速稳步前进;⑤小车具有制动功能，在检测到特定的磁场时会立即刹车。

  二、硬件系统中主要模块的设计

1.电源检测模块

本模块使用高精度电阻分压的方式对电池电压进行测量

2.稳压模块的设计

我们需要降压模块进行12v到5v的电压转换，这里使用的芯片是LM2596S-5.0。

3.电磁传感器模块的设计

此设计利用LC谐振回路选出特定频率的电磁波，再通过小功率三极管进行信号放大，最后通过倍压检波电路将交流电转成直流电输给单片机进行模数转换。

4.小车运动軌迹建模

小车在转弯时，后轮的内轮和外轮形式的距离不同，行驶的时间却一样，因此后轮之间存在差速问题，传统的汽车使用机械差速器完成差速，而我们的小车采用两个电机直接驱动后轮，不需要机械差速，使得机械设计更加简单，具体参数的调节需要根据不同情况灵活改变。

5.速度检测模块

编码器是一种将角位移或角速度转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器，从检测原理上可分为光电编码器（光学式）和霍尔编码器（磁式），本小车采用霍尔编码器进行测速。

  三、测试结果

按照设计，比赛时小车能够快速通过直道、弯道、十字路口等多种类型赛道，完成60m长的赛道共用时26秒。

  四、结束语

电磁循迹是比较新颖的循迹方法，不受光线、温度、湿度等环境的影响，循迹精准高速，虽然现在只在比赛中出现，但这种方式具有广阔的前景，未来在快递、仓库物流等方面将会发挥巨大的作用。

参考文献：

[1]柯亨玉.电磁场理论[M].北京：人民邮电出版社，2004，8.

（作者单位：济南大学）