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基于KEA128单片机的越野智能小车的设计与实现.docx
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基于KEA128单片机的越野智能小车的设计与实现.docx
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题 目: 基于 KEA128 单片机的越野
智能小车的设计与实现
摘要
本文主要介绍了越野小车控制系统的机械结构、电路和软件编程的设计过程。
整个设计以微控制芯片S9KEA128为主控芯片,对车模机械结构的改造调整和各
个模块部分的电路设计进行研究,并以AR Embedded Workbench作为系统的开发
平台,来编写程序和控制算法的优化。
智能小车的电磁循迹是以安装在车体前瞻上的电感配合电磁检测模块来实
现的,用编码器来检测速度信息完成对智能小车的闭环控制,结合程序控制舵机
转角进而实现小车的方向控制,将采集到的道路电磁信息和编码器的速度信号反
馈给单片机,通过程序算法的分析处理实现小车的速度控制,最终在实际调试中
确定了其他各项控制参数。
通过以上方式,本设计利用单电机、单舵机、采用差速器四轮驱动方式构建
越野车,解决了如下问题:第一,在车体较大,拐弯半径较大的情况下通过直角
弯;第二,采用标志位的方法通过六边形环;第三,利用红外传感器或超声波传
感器通过路障;第四,适应不同道路的复杂路况,如颠簸、砂石等路面。
关键词:智能小车 越野 电磁循迹 闭环 PID算法
Abstract
This article mainly introduces the design process of the mechanical structure,
circuit and software programming of the off-road car control system. The entire design
takes the micro-control chip S9KEA128 as the main control chip, studies the
transformation and adjustment of the car model mechanical structure and the circuit
design of each module part, and uses AR Embedded Workbench as the system
development platform to write programs and optimize control algorithms.
The electromagnetic tracking of the smart car is realized by the inductance
installed on the car body and the electromagnetic detection module. The encoder is used
to detect the speed information to complete the closed-loop control of the smart car.
Control, feedback the collected road electromagnetic information and the speed signal
of the encoder to the single-chip microcomputer, realize the speed control of the car
through the analysis and processing of the program algorithm, and finally determine
other control parameters in actual debugging.
In the above way, this design uses a single motor, a single servo, and a differential
four-wheel drive to build an off-road vehicle, which solves the following problems:
First, when the car body is large and the turning radius is large, it passes through a right
angle ; Second, the way of passing through the hexagonal ring using the sign position;
Third, the use of infrared sensors or ultrasonic sensors to pass through the roadblock;
Fourth, adapt to the complex road conditions of different roads, such as bumps, sand
and other pavements.
Keywords: smart car, off-road, electromagnetic tracking, closed loop, PID
algorithm
目录
前言 .................................................................- 1 -
1. 检测及控制原理 ....................................................- 2 -
1.1 路径的识别 ......................................................- 2 -
1.1.1 导线周围的电磁场 ...........................................- 2 -
1.1.2 磁场检测方法 ...............................................- 3 -
1.1.3 传感器的安装 ...............................................- 6 -
1.2 车体方向控制 ....................................................- 6 -
1.3 车体速度控制 ....................................................- 6 -
2.电路设计 ..........................................................- 7 -
2.1 整体电路的设计 ..................................................- 7 -
2.2 单片机最小系统 ..................................................- 7 -
2.3 电磁检测模块 ....................................................- 8 -
2.3.1 电磁放大 ...................................................- 8 -
2.4 电机驱动模块 ...................................................- 10 -
2.5 电源电压转换模块 ...............................................- 10 -
2.6 停车检测模块 ...................................................- 11 -
3.车体机械调整 ......................................................- 11 -
3.1 编码器的安装 ...................................................- 11 -
3.2 停车检测模块安装 ...............................................- 12 -
3.3 车模自带结构的调整 .............................................- 12 -
3.3.1 车体重心的调整 ...........................................- 13 -
3.3.2 车体抓地力的控制 .........................................- 13 -
3.3.3 避震弹簧 .................................................- 14 -
3.3.4 后轮转向的改造 ............................................- 14 -
3.3.5 差速器 ....................................................- 14 -
4. 程序编写与调试平台 ...............................................- 15 -
4.1 程序控制的流程图 ...............................................- 15 -
4.2 道路信息的提取 .................................................- 16 -
4.3 速度和方向的程序算法 ...........................................- 17 -
4.3.1 经典 PID 控制算法 .........................................- 17 -
4.3.2 方向及舵机转角的控制算法 ..................................- 18 -
4.3.3 速度及电机转速的控制算法 ..................................- 19 -
4.4 弯道控制策略 ...................................................- 21 -
4.5 软件开发平台 ...................................................- 22 -
结束语 ..............................................................- 23 -
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南抖北快东卫
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