之前智能車系列已經(jīng)做了一個(gè)比較詳細(xì)的解析，但是美中不足是知識(shí)點(diǎn)被拆的太零散，可能對(duì)于新手來(lái)說(shuō)不太友好，所以借著有空就再寫一點(diǎn)能讓車跑起來(lái)的方案。當(dāng)然，也就僅僅限于可以跑起來(lái)，元素以及高級(jí)算法就需要車友們自己去整了，主要還是方便新手上道，當(dāng)然也歡迎大佬們提出建議。本文以電磁四輪為例進(jìn)行講解。

材料準(zhǔn)備

作為剛接觸電磁車的同學(xué)，咱們要想跑起來(lái)需要四大件，車模、電磁及運(yùn)放模塊、主控及母板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)；這里筆者打算分成兩種組別來(lái)推薦方案，一類是手頭沒(méi)有現(xiàn)成車模而且不是今年參賽的練習(xí)組，另外一類是今年的參賽組。

備賽組

車模

這里以基礎(chǔ)電磁四輪組為例，建議使用C車模，B車的傻蛋5舵機(jī)以及機(jī)械差速還是有些許的頭禿，當(dāng)然官方今年好像已經(jīng)宣布了換掉SD5舵機(jī)，由于C車是雙電機(jī)可以使用主動(dòng)差速，所以建議大家上手選擇C車。車模的機(jī)械結(jié)構(gòu)搭建可以去參考往屆優(yōu)秀隊(duì)伍的技術(shù)報(bào)告，至于怎么找到技術(shù)報(bào)告，比賽官網(wǎng)有，卓大博客也有——第十六屆全國(guó)大學(xué)智能車競(jìng)賽技術(shù)報(bào)告與總決賽視頻下載。

硬件

主控：電磁車今年參賽要求是使用STC的單片機(jī)來(lái)參賽，所以就可以選購(gòu)龍邱或者逐飛STC母板來(lái)作為主控；

電機(jī)驅(qū)動(dòng)：目前比賽常用的有HIP4082、DRV8701、BTN7971或者IR系列加MOS全橋等；

電磁組所需的電感和運(yùn)放模塊：目前較多的是OP2350、LM358、OPA4377等；

電源模塊：整個(gè)小車系統(tǒng)所需的電源種類一般是5V、3.3V、12V，需要有一個(gè)系統(tǒng)的電源管理方案，這個(gè)需要積累，BUCK、BOOST的電路，網(wǎng)上方案也很多，筆者之前使用的是德州儀器的TPS系列。

硬件設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)可以參考筆者抗干擾技術(shù)的那篇博客。

練習(xí)組

車模

對(duì)于不是急于參賽而是平時(shí)訓(xùn)練的練習(xí)組，手頭如果沒(méi)有現(xiàn)成的車模和往屆的方案的，建議去淘寶找平價(jià)車模代替，因?yàn)樽约阂惶踪I下來(lái)得個(gè)大幾千塊，都是學(xué)生黨，這也不是個(gè)小數(shù)目。可以參考下圖這種使用舵機(jī)轉(zhuǎn)向而且后輪電機(jī)帶編碼器的車模，加上鋰電池這些一套下來(lái)300左右。（圖片來(lái)源于某寶，VANBOT教育機(jī)器人自營(yíng)店）

由于原理都差不多一樣的，練習(xí)使用這種車模性價(jià)比極高，而且還可以留下來(lái)參加其他的比賽。

硬件方案

電機(jī)驅(qū)動(dòng)：購(gòu)買了這種車模的同學(xué)也可以直接用配套的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，或者使用L298N、TB6612這些電驅(qū)都可以。

主控：建議使用帶片內(nèi)ADC的主控，STM32，STC32、STC16、MSP430都可以反正選一個(gè)自己熟悉的就行了。

電磁傳感器：可以購(gòu)龍邱、或者輪趣科技的。

電源：選用兩節(jié)18650加一個(gè)LM2596的降壓模塊即可。

如果覺(jué)得麻煩，可以直接選購(gòu)輪趣科技的學(xué)習(xí)版小車，如下圖：

當(dāng)然，手頭有往屆的芯片和方案更好，這樣可以無(wú)縫銜接到比賽，比如K66、K60這些方案只是現(xiàn)在不用了，但是網(wǎng)上資料多啊，而且這些處理器性能拿來(lái)練手綽綽有余。

整車原理

在準(zhǔn)備好上面的硬件后，再來(lái)捋一下整個(gè)小車的運(yùn)行原理。小車要正常行駛在賽道上，必定是需要實(shí)時(shí)根據(jù)賽道的狀態(tài)來(lái)調(diào)整車身姿態(tài)的，那么，電磁車是怎么樣獲取到賽道信息，又是怎樣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的呢。

賽道信息獲取及轉(zhuǎn)向原理

工字電感

電磁車是通過(guò)獲取賽道信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)來(lái)獲取賽道信息的，在賽道正中間會(huì)有一條磁感線，用來(lái)產(chǎn)生交變電磁信號(hào)。小車通過(guò)前瞻上的電感即可獲得到賽道信息，為啥可以電感可以獲取賽道信息呢，其實(shí)很好理解，電磁感應(yīng)都映像吧，導(dǎo)體切割磁感線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，工字電感內(nèi)部的導(dǎo)線切割信號(hào)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在電感引腳就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電感距離磁場(chǎng)越近，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，距離越遠(yuǎn)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小。

（有關(guān)電感配頻以及信號(hào)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可以去筆者的硬件篇查看）。

運(yùn)放模塊

經(jīng)過(guò)工字電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是交流小信號(hào)，單片機(jī)是無(wú)法采集和處理這種小電壓的交變信號(hào)，所以需要在后面增加一個(gè)峰值檢測(cè)以及放大的運(yùn)放電路，將交變信號(hào)進(jìn)行選頻、檢波然后放到適當(dāng)倍數(shù)，輸出單片機(jī)ADC可以采集的直流信號(hào)，將感應(yīng)電動(dòng)的大小轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)ADC采集的數(shù)字作為輸入量。

轉(zhuǎn)向原理

了解了單個(gè)電感獲取賽道信息的原理后，為了讓小車能夠在賽道上行駛，至少會(huì)使用左、右兩個(gè)電感，通過(guò)ADC采集經(jīng)過(guò)運(yùn)放處理的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值來(lái)計(jì)算偏差，方法是直接左右電感采集值之差（或者差比和計(jì)算）來(lái)判斷賽道信息，將差比和計(jì)算出來(lái)的偏差以一定的比例關(guān)聯(lián)到舵機(jī)的pwm占空比來(lái)控制舵機(jī)打角，進(jìn)而控制小車進(jìn)行轉(zhuǎn)向。參考下表

其中系列1是左右電感直接作差的波形，系列2是經(jīng)過(guò)差比和計(jì)算出來(lái)的波形，可見系列2的波形比系列1更加平滑，這有利于控制系統(tǒng)的跟隨。

具體原理：

如下圖，小車位于2號(hào)位置時(shí)，左右兩個(gè)電感距離信號(hào)的距離一樣，周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度也基本一致，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也是大差不差，左右電感值差比和計(jì)算出來(lái)的偏差也是0，舵機(jī)位于正中間，保持小車直行。

小車位于3號(hào)位置時(shí)，由于彎道，左邊電感距離信號(hào)線近，磁場(chǎng)更強(qiáng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要大于右電感的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，左右電感差比和計(jì)算偏差就很大了，將這個(gè)偏差輸出到舵機(jī)，讓小車左轉(zhuǎn)來(lái)消除這個(gè)偏差。

當(dāng)小車遇見右轉(zhuǎn)賽道時(shí)，兩個(gè)電感的狀態(tài)剛好相反，此時(shí)需要右轉(zhuǎn)來(lái)抵消二者偏差。

詳細(xì)描述參考此文——《學(xué)做智能車–電磁探究篇》。

元素判斷

從此圖可以看出理論上小車在經(jīng)過(guò)三叉、環(huán)島和十字時(shí)，左右兩個(gè)電感的電感值都會(huì)接近磁感線，檢測(cè)這個(gè)特征就可以識(shí)別到了，為了防止誤判還可以增加一個(gè)中間電感或者斜放置電感來(lái)輔助判斷。電感只有線圈切割磁場(chǎng)時(shí)才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈和磁場(chǎng)平行時(shí)是沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的，但是在這些特殊元素是，原本沒(méi)有切割磁場(chǎng)的電感可能突然就切割了磁感線，這里留給大家自己去發(fā)揮。

此處提供一個(gè)思路，直接看圖：

電機(jī)及舵機(jī)控制原理

舵機(jī)和電機(jī)都是通過(guò)PWM來(lái)控制的，只不過(guò)舵機(jī)控制的PWM的頻率是固定的（50-60HZ），通過(guò)改變占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)打角角度。

而電機(jī)的頻率沒(méi)有指定范圍，但速度也是通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)控制的，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)pwm輸出占空比完成對(duì)電機(jī)速度的調(diào)整，電磁組需注意電機(jī)對(duì)電磁信號(hào)會(huì)有干擾，建議電機(jī)控制的pwm頻率設(shè)置為13-19khz，以盡可能的消除干擾。具體可以參考卓大“電磁信號(hào)檢測(cè)|本是同根生，相煎何太急”。

具體的PWM控制原理以及H橋的講解之前已經(jīng)寫過(guò)了，需要的同學(xué)去前面方向篇和電機(jī)控制篇查看。

代碼實(shí)現(xiàn)

在了解了上述原理后，我們就可以開始寫程序控制我們的小車，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以跑的狀態(tài)了。

首先，綜合上面的原理，需要初始化PWM來(lái)控制舵機(jī)和電機(jī)，其中舵機(jī)的PWM使用的是50-60hz的pwm進(jìn)行控制（筆者用的50HZ進(jìn)行控制），而電機(jī)的頻率是13-19Khz。

然后是獲取賽道信息的ADC，需要至少開啟兩路來(lái)實(shí)現(xiàn)信息采集。

還有為了保證系統(tǒng)的計(jì)算和輸出周期固定，需要開啟一個(gè)定時(shí)器中斷來(lái)保證輸出的周期穩(wěn)定。

其他：根據(jù)自己的需求初始化IO控制屏幕，按鍵，蜂鳴器LED燈。

有了這個(gè)思路，任何一款處理器都可以實(shí)現(xiàn)功能了。筆者這里以STC為例。

總結(jié)

有關(guān)電磁車的介紹就到此為止，這篇主要是串了一下整個(gè)車的思路，細(xì)節(jié)還需要去看筆者之前的介紹。不提供方案，也不賣資料。文章如有不足歡迎指出，祝大家的小車可以拿到滿意的成績(jī)，筆者在評(píng)論區(qū)等待你們賽后的分享。

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