基于单片机的无线充电电磁循迹小车.pdf

本文档介绍了一种基于S9KEA128单片机的无线充电电磁循迹小车的设计与实现。小车系统的主要目的是解决传统智能车因充电需要人工插线、锂电池充电速度慢等问题，采用了无线充电方案，并选用超级电容作为储能装置。 在单片机硬件开发方面，S9KEA128作为32位微控制器，用于控制小车的整个循迹和无线充电过程。小车利用两个电机实现差速转弯，通过电感电容对捕获赛道的正弦电磁信号，并将信号经过放大整流后输入到微控制器的ADC模块进行数字化处理。处理后的数据被用来解算路径偏差，并控制电机差速转弯以实现循迹功能。 该智能车系统还包括了以下几个关键技术点和设计模块： 1. 电磁循迹算法：通过对赛道的电磁信号进行数字化处理，并结合内置的电磁寻迹算法，微控制器能够解算出路径偏差，从而控制电机差速转弯。 2. 差速控制：在差速控制环节中，微控制器通过集成的FTM模块产生两路占空比不同的PWM波，以此来控制两个电机的转速和方向。 3. 速度PI闭环控制和方向PD闭环控制：速度通过512线编码器采集，并经过微控制器FTM模块折算为轮子的实际转速。方向则通过差速控制实现。 4. 无线充电模块：小车可以停留在充电区域，自动接收无线充电发射装置的无线充电。 5. 自动升降压电源模块：利用TPS630701芯片实现自动升降压电源模块，保证微控制器、运放芯片、OLED显示屏等设备的正常供电。 6. 运放模块：运放模块的作用是将采集到的微弱正弦信号放大后整流转化为直流信号，以供ADC模块进行数字化处理。 硬件设计部分包括3D打印车身、两轮前驱配一个全向轮后轮驱动方式，以及工字电感配一个谐振电容组成的电感电容对，这些都作为传感器，利用电磁感应原理接收来自地面电磁导线的正弦信号。 在硬件实现上，小车还配备了蓝牙串口HC-05、OLED显示屏、按键等，用于信息传输和人机交互，这需要在主控板上添加相应的接口。 小车的性能通过实验得到验证。在实验中，超级电容先放电使两端电压不超过0.1V。小车停留在充电区域，开启地面无线充电发射装置，当程序检测到超级电容两端电压达到一定数值后，认为充电完毕，并控制电机驶离充电区域。实验结果显示，小车能够在铺设有环岛、S弯、U型弯、十字路口等赛道元素的情况下，以不低于2m/s的速度自主完成两圈，并停在指定区域，显示出稳定可靠的循迹效果，并拥有较大的升级空间。 本文的技术核心在于无线充电技术、赛道路径判断，并基于反复实践与测试提出了设计方案。智能车系统在设计时，遵循“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”的指导思想，既满足了大赛的要求，又兼顾了科技发展的新趋势。