摘要:为了完成智能小车安稳快速的主动寻线，选用了“五横二竖加八字”摆放的电磁线圈，能辨认各种杂乱的赛道。经过三次函数算法求出差错，并选用差速电机算法处理弯道，完成了电磁导航的功用。实践证明，该体系能精准地操控智能小车安稳快速地运转，且到达了预期效果。航
智能小车寻线路途规划要求是：在中心铺设了一条直径为0.5 mm的铜质漆包线，漆包线中有频率规模为20±2 kHz、电流规模为50～150 mA的正弦波信号。跟着智能小车的开展，需习惯愈加杂乱的赛道，例如直角弯、坡道、妨碍等。文中规划的智能小车，是依据Kinetis K60单片机开发完成的，以电磁线圈作为感应传感器，选用差错算法操控小车精准的寻线功用，然后完成智能小车智能快速安稳的寻线行进。
1 硬件整体规划
智能小车体系由Kinetis K60主控模块、传感器模块、舵机操控模块、电机驱动模块、OLED显现模块、拨码开关模块、编码器测速模块、泊车检测模块、妨碍检测模块这9个部分构成。体系整体结构如图1所示。
除了以上9部格外还有电源模块，整个智能小车由7.2 V镍镉电池供电，其间由LM1117稳压芯片输出3.3 V为主控芯片K60、拨码开关模块、泊车检测模块、OLED显现模块供应电源。由一块LM2940稳压芯片得到5 V电压独自供应传感器模块，另一块LM2940稳压芯片得到5V电压别离供应蓝牙调试模块、妨碍检测模块、编码器测速模块和电机驱动模块，此外，经过实验可发现，S3010 Futaba舵机可直接加7.2 V电压，此刻舵机的响应速度也会进步，所以可直接将电池电压作为舵机的电源。舵机操控模块和直流电机均用7.2 V电压驱动。
电磁线圈收集到的交变电压信号经双运算扩大器MAX4451扩大后，经过二极管的二倍压检波电路将交变的电压信号检波构成直流信号，然后再经过单片机的A/D转化电路进行收集，获得正比于感应电压幅值的数值。
智能小车是以双电机办法作业，故选用4块BTS7971作为驱动芯片。BTS7971由一个p沟道的高边MOSFET和一个n沟道的低边MOSFET结合一个集成的驱动%&&&&&%，构成能饱尝大电流经过的H桥的半边。因而4个BTS7971便能进行衔接构成两个H全桥，然后完成电机的正回转。此外，运用 74HC244N三态八缓冲器阻隔电机驱动模块，可防止电机滚动产生的搅扰信号灌入主控芯片而致损坏。
选用常开型塑封干簧管作为检测元件。在路途的起点和结尾处埋有永久磁铁，当小车经过磁铁时，干簧管闭合，然后将这种信号传递给CPU，完成泊车功用。将两个挨近开关别离安装在小车两头对妨碍进行检测。正常状况下，两个挨近开关处于封闭状况0。经过调整好挨近开关的检测间隔，当路途某一边的妨碍物进入挨近开关的检测规模后，挨近开关一向坚持导通状况1，将这种信号的0和1改变传递到CPU，即可完成小车的妨碍检测功用。
2 智能小车电磁寻线
2.1 传感器安置结构
选用“五横二竖加八字”摆放的电磁线圈，如图2所示。此结构能使小车在直道、直角弯、S弯、十字弯，坡道上自主安稳地寻线行进，具有抗搅扰性强、安稳性高、机械强度高级特色。在高速运转的状况下仍能坚持安稳的导航功用。
2.2 三次函数算法
在运用三次函数算法前应先进行预处理，以便快速运用三次函数求出差错。预处理包含采样，求平均值，数据排序和归一化处理。由于不同路途的磁场强度会有所不同，先采样可获得路途磁场强度的最大值和最小值，这样智能小车关于不同路途的适用裕度会更宽，在实践投入生产和运用中有重要效果。三次函数算法的处理流程，如图3所示。
每个电磁线圈收集5次磁感应电压后，经过去除其最大值和最小值求出平均值；这样起到了软件滤波的效果，减小了偶然差错。接连取5个平均值按时刻先后进行排序并贮存在二维数组ad3[i][5]里边，使得数据不断地更新，以便求出其加权平均值，减小体系差错。
求排序后平均值的加权平均值，获得与最终一次收集到最挨近的磁感应电压值，再将每一个电磁线圈的加权平均值贮存在数组ad4[i]中；将ad4[i]逐一与ad max[i]和ad min[i]比较：当ad4[i]>ad max[i]，贝ad[5]=1．0；当ad4[i]ad min[i]时，则 ad5[i]；当ad min[i]ad max[i]时，选用归一化后，
=
，然后完成磁感应电压值的归一化。归一化可简化三次函数算法，别的归一化后的值可供调试过程中便于调查电磁感应量改变的相对巨细。
选用三次函数算法和固定斜率改变交融办法。在必定规模内，三次函数核算的差错较准确，一旦超越该规模，则交融“一”字电感的改变，尽量使差错的改变线性化。选用这种办法的长处是在进行各种弯道的判别、处理，尤其是对直角的处理，能做到安稳、准确、快速地使体系做出判别。各电磁线圈偏移赛道中心线的间隔z 和归一化后的磁感应电压值ad5[i]的联系如图4所示。
假定曲线的三次函数为
y=ax3+bx2+cx+d (1)
式(1)中y=ad5[i]，x为电磁线圈偏移赛道中心线的间隔，取图2中传感器1、4、6、9的ad5[i]作为y值;此刻x别离为-12，-6，6和12，由此可解出a，b，c，d值。
对式(1)三次函数求导后为
y’=3ax2+2bx+c (2)
将上述程序中求得的a，b，c，d值代入式(2)即可得到差错x。
上述理论核算得出的差错与实践的差错总会由于机械等原因存在必定的差错，为了减小该差错，加入了差错曲线拟合环节。再经过对差错拟合进行补偿，使得曲线拟合得到改善。这样大幅减小了差错，最大极限地进步了拟合的精度。将小车实践的差错x和理论核算得出的差错y，运用Matlab曲线拟合工具箱做曲线拟合便可得到相应的曲线拟合方程。差错拟合曲线曲线拟合状况如图5所示。
3 智能小车速度操控
3.1 增量式PID操控
上述曲线拟合补偿出的差错又实时快速地改变着，正可用于小车速度的操控。小车体系选用增量式PID操控算法，其结构简略，具有高习惯性、易调整参数性，关于操控模型不准确、参数改变大的操控目标，此办法可得到满足的成果。因其输出每次只要操控变量，可经过简略的逻辑判别来下降毛病的输出，以避免了体系毛病的产生。其操控办法如下
3.2 差速电机算法
为使智能小车在过弯道时的道路更佳、速度更快、平稳性更高，小车在上述增量式PID操控算法中加入了差速电机算法，即选用闭环有差反应式调理体系完成小车的差速战略。为到达差速电机的意图，将小车差速电机的数学模型建立如图6所示。
假定V1为左电机速度;V2为右电机速度;R为弯道半径;L为前后轮的距离，最优途径的转向角为αu，则小车的平均速度为
这样便可依据实践状况需求，来调整预设的希望速度巨细。编码器经过采样电机转过的齿轮数转化成电信号，即可作为单片机脉冲的触发信号，单片机经过对脉冲计数就可得到转速的详细数值，再将该转速减去希望转速，然后乘以对应系数，得出脉冲宽度调制的占空比。依据上述三次函数拟合出的差错巨细，单片机就可用增大或减小占空比反应的办法完成对电机的加减速操控，然后完成电机的差速运转。
4 结束语
介绍了一种智能小车在磁导航过程中磁感应信号的处理办法，选用了“五横二竖加八字”摆放的电磁线圈，经过三次函数算法算出小车相对途径中心的差错，辅之以差速电机算法，在高速运转的状况下仍能坚持平稳准确的运转状况。测验标明，该算法具有杰出的实时盯梢性和准确性。
