智能基于ARM7 μC／OS—II的智能循迹小车设计

基于ARM7+μCO S—II的智能循迹小车设计

摘 要本设计设计了一款能够在通有特定电流的线引导下 自动循迹前进的智能车。首先对智能车的硬件进行了设计 以NXP公司生产的LPC2131的ARM7核心微控制器为中心采用了磁导航作为引导方式对校车的各个模块电路进行了设计并且在此基础上完成了系统软件的设计与调试运用嵌入式实时操作系统μC/O S-II和PID控制算法对小车进行实时控制达到了较好的实时性和行驶轨迹。

关键词智能循迹汽车设计

汽车是改变人类生活的一项重要发明其产生和发展已有百年从福特的福特汽车到现在的奔驰汽车的每一次进步都标志着整个人类社会的巨大飞跃。时至如今智能化已成为时代的潮流所以开发车辆自动驾驶系统也成为大势所趋。

在本文中设计了一种能够在铺有引导线的跑道上自动循迹的小车小车的控制核心采用荷兰NXP公司生产的LPC2131芯片并采用电磁引导的方式进行循迹 即通过在跑道中心线铺设一条通有200mA、 20KHz电流的导线产生磁场来进行导航并在赛车后轮轴传动齿轮上加装脉冲编码器来测量后轮转速。鉴于传统的“裸机编程”形式实时性较差且不稳定故而本设计中将实施操作系统μC/O S-II应用到车辆的自动控制之中并且应用了PID控制算法以期获得更好的结果。

1系统硬件设计

智能车的设计由采用ARM7核的LPC2131芯片作为核心控制器.如图1所示系统硬件分为五个模块核心控制单元、路径识别、微控制器、 电机驱动、电源管理和人机交互等模块。其中系统模块图如图1所示。

1.1核心控制模块

核心控制模块采用LPC2131其特点是片内资源丰富有PWM、AD、 SPI、I2C、 CAN等多种通信接口且封装小、功耗低适合智能车系统的使用。系统引脚的分配如下 P0[27 30]为AD输入模块接收从传感器得到的信号 P0.21、

P0.9为PWM信号输出口用于控制智能车的转向和行驶 P0.10口作为智能车测速输入口用于接收脉冲编码器采集到的信号。

1.2电源管理模块

智能车供电采用7.2V锂电池供电其中小车电机直接由锂电池通过电机驱动电路供电而其他部分则经过降压和稳压后供电。赛车的电机驱动电路必须和核心控制电路分离因为在电机运行的时候会产生很大的电流不过不合控制电路分开的话过大的电流通过地线回流会损坏控制芯片。

核心控制电路中 由LM7806稳压芯片将电源电压转化至6V供舵机使用由LM2940将电源电压稳至5V供除LPC2131外的集成电路芯片使用由LM1117将电源电压稳至3.3V供LPC2131芯片使用。

1.3路径识别模块

在路径检测上使用通有100 mA 20 kH z的导线作为引导线根据麦克斯韦理论变换的电场会产生变化的磁场所以智能车可以通过处理由安装在赛车前部的4个电感在切割磁感线时产生的感应电动势来判断当前位置。

赛道周围磁场分布如图所示其中 电磁波的波长 c为光速 f为频率。

由于赛道宽度远小于电磁波波长故而赛道可视为缓变磁场。所以我们可