智能車的設(shè)計
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3 速度傳感器
3．1 方案選擇
(1)霍爾傳感器配合稀土磁鋼
優(yōu)點：獲取信息準確、體積小、不增加后輪負載。
缺點：齒輪出靠近主驅(qū)動電機，容易受磁場干擾，對齒輪打孔容易順壞齒輪。
(2)光電傳感器
優(yōu)點：體積小、不增加后輪負載、反射型方案對原有器件不需要再加工。
缺點：精度受到光電管體積的限制。
(3)光電編碼器
優(yōu)點：獲取信息準確、精度高。
缺點：增加后輪負載、體積大。
比較以上三種方案，考慮到系統(tǒng)的可靠性，主后輪轉(zhuǎn)動齒輪為塑料質(zhì)地，打孔比較危險，而且車重的任何增加都有可能影響到車速，最終決定采用直射型光電傳感器。
3．2 硬件電路設(shè)計
傳感器電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
4 驅(qū)動部分
4．1 電機驅(qū)動器選擇
根據(jù)電機學(xué)和電力拖動理論，電機驅(qū)動器要有足夠的電流輸出能力來保證驅(qū)動力的充足。綜合考慮，電機驅(qū)動器采用一體化的專用功率驅(qū)動集成電路進行設(shè)計分離元件(場效應(yīng)管)構(gòu)成的驅(qū)動器。
根據(jù)電機學(xué)，直流電動機轉(zhuǎn)速，n的表達式為：
式中：U為電樞端電壓；I為電樞電流；R為電樞電路中電阻；φ為每級磁通量；K為電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)。
由式(1)可知，直流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為兩大類：對勵磁磁通進行控制的勵磁控制法和對電樞電壓進行控制的電樞控制法?，F(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法，本設(shè)計采用的是在保證勵磁恒定不變的情況下，采用PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速方法。
電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值U。為：
式中：占空比D表示在一個周期T里開關(guān)導(dǎo)通的時間與周期的比值，D的變化范圍為0≤D≤1。由式(2)可知，當電源電壓Us不變的情況下，電樞兩端電壓的平均值Uo取決于占空比D的大小，改變D值也就改變了電樞兩端電壓的平均值，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的，即實現(xiàn)PWM調(diào)制。
為了便于取材和設(shè)計方便，此次設(shè)計選擇了飛思卡爾半導(dǎo)體公司的PC33886。PC33886在PWM調(diào)速模式驅(qū)動下可以接受20 kHz的工作頻率；具有過熱、過流、短路保護，并且通過一條反饋線將器件的工作狀態(tài)反饋給單片機。
4．2 舵機控制
舵機控制程序流程圖如圖4所示。
車模在行駛過程中不斷采樣路況信息，并通過分析車模與賽道相對位置判斷車模所處路況，計算轉(zhuǎn)彎半徑。所有舵機標準PWM周期為20 ms，轉(zhuǎn)動角度最大為90°，當給舵機輸入脈寬為0．5 ms，即占空比為O．5／20=2．5％的調(diào)制波時，舵機右轉(zhuǎn)90°?？梢酝茖?dǎo)出轉(zhuǎn)動角度與脈寬的關(guān)系計算公式為：
t=1．5±θ／90
式中：t為正脈沖寬度，單位：ms；θ為轉(zhuǎn)動角度；當左轉(zhuǎn)時取加法計算，右轉(zhuǎn)時取減法計算。
在具體操作中PWM調(diào)制波的周期可以設(shè)置在20 ms左右一定范圍內(nèi)均可以使舵機正常轉(zhuǎn)動，經(jīng)反復(fù)測試最終把輸出PWM調(diào)制波周期設(shè)為13 ms。
運行電機的轉(zhuǎn)速以及舵機的轉(zhuǎn)角，在軟件上都是通過對PWM波占空比進行設(shè)置來相應(yīng)控制的。
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