湖北师范学院机电与控制工程学院2013届学士学位论文（设计）
向前摆放的电感一般会有更大的前瞻，谐振回来的电压较小。缺点是在十字弯不是垂直入或者不是垂直出弯时会在十字交叉弯里面兜圈。
（2）垂直摆放，如图所示
图 4.3.5 传感器摆放图3
垂直摆放的谐振电压算最大，但是往往会在十字交叉弯时忽略了十字弯直接转向另一边，前瞻性虽然比较大，但没有前向摆放的好，还有的缺点是在水平偏离导线是并非呈现线性。
（3）有一定角度的摆放
由于没有多余的时间实践，好处是检测到更丰富的信息。缺点是需要滤掉更多的干扰。
5.机械设计部分
由于今年电磁组车模采用了原来竞赛 C型车模，它是双后轮驱动，前轮舵机转向的运动模式，而竞赛规定 C型车模直立行走，因此车模前轮以及部分相关部件都可以进行简化。以下为具体的改装步骤： 5.1 车模简化及改装
（1）去掉前轮及其支撑部件，去掉后轮悬挂缓冲支架 拆卸后的情况如图5.1.1和图5.1.2所示。
图5.1.1 完整的 C型车模底盘
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图5.1.2 简化后的 C型车模底盘
（2）固定车模底盘与后轮支架
原有车模为了减轻后轮振动对于车体的影响，后轮的支架与底盘之间采用了活动连接方式。但是，为了保证车模直立车体稳定性，需要将原有车模地盘与后轮支架固定在一起。我们的方法是用两个铁片将两部分连接在一起并固定死，这样后轮与车体之间形成一个刚体，便于进行直立控制。图5.1.3所示为铁片连接的位置。
图5.1.3铁片连接的位置
5.2 传感器的安装
车模中的传感器包括有：速度传感器，车模姿态传感器（陀螺仪、加速度计），以及电磁检测感应线圈。 （1）速度传感器安装
电机速度传感器使用了固定在电机输出轴上的光电编码器，如图5.2.1所示。 安装时应注意调整好齿轮间隙。齿轮传动机构对车模的驱动能力有很大的影响。齿轮传动部分安装位置的不恰当，会大大增加电机驱动后轮的负载，会严重影响最终成绩。调整的原则是：两传动齿轮轴保持平行, 齿轮间的配合间隙要合适，过松容易打坏齿轮，过紧又会增加传动阻力，浪费动力；传动部分要轻松、顺畅，不能有迟滞或周期性振动
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的现象。判断齿轮传动是否良好的依据是，听一下电机带动后轮空转时的声音。声音刺耳响亮，说明齿轮间的配合间隙过大，传动中有撞齿现象；声音闷而且有迟滞，则说明齿轮间的配合间隙过小，或者两齿轮轴不平行，电机负载变大。调整好的齿轮传动噪音很小，并且不会有碰撞类的杂音，后轮减速齿轮机构就基本上调整好了，动力传递十分流畅。
图5.2.1速度传感器安装图
（2）电磁传感器安装
我们设计方案中的电磁传感器为两个工字型的 10毫亨电感。为了能够更好的检测前面的道路，我们将这两个工字型的电感尽可能的安装在车模运行前方较远的地方，且应保证这两个线圈呈水平位置。如图5.2.2所示。
图5.2.2 电磁传感器的安装
经过多次测试，我们最后确定了电磁传感器前瞻的范围在40cm～50cm之间，所以我们采用了碳素管加不锈钢管可伸缩型结构的支架，安装的高度定在了最适范围15cm～20cm，至于传感器的宽度限于大赛规定不得超过25cm，最后我们把宽度设置在24cm左右。
（3）车模倾角传感器的安装
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车模倾角传感器包括陀螺仪和加速度计。它们都是表贴元器件，一般固定在同一电路板上。为了最大程度减少车模运行时前后振动对于测量倾角的干扰，我们将这块带有陀螺仪和加速度计的电路板固定在整个车模中间质心的位置，如图5.2.3所示。智能车在行进过程中，车体仅绕两后轮的轴心线做转动。芯片外观是长方形的，安装时，应注意将长的一边与后轮轴心线平行。此外，还应注意的是，陀螺仪的输出受温度的影响比较大，为避免环境温度变化对输出的影响，我们将陀螺仪和加速度计作为一个单独的模块。
图5.2.3车模倾角传感器的安装
与陀螺仪一样，加速度传感器的性能与安放位置也有很大的关系。加速度传感器是根据其XYZ轴上的模拟输出电压来确定车身的倾角。由于我们测量的倾角只有一个，所以可以使用Z轴的输出来计算，当小车倾角为0°时，Z轴对应的面应该处于水平。
图5.2.4陀螺仪安装倾角影响车模过弯道
如果陀螺仪安装不能够保证水平，则会影响车模过弯道时的速度。表现为车模在过弯道时速度变快或者变慢。分析车模在过弯道时的运动，车模在过弯道时同时具有两种
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运动：平动和转动。其中转动会带动陀螺仪转动。如果陀螺仪安装不是绝对的水平，那么这个转动就会在陀螺仪的 Z轴方向存在一个分量。根据陀螺仪倾斜的方向不同，这个分量有可能是正，有可能是负。从而会使得车模控制“仿佛感觉到在上坡或者是在下坡”，引起车模的速度变慢或者变快。
车模转向速度传感器是用来对方向进行微分控制，消除方向控制中的过冲现象。该陀螺仪的旋转轴需要和陀螺仪的垂直纵轴保持一致。如果对车模转向不需要进行微分控制，那么这个传感器就可以省略。 5.3其他机械结构的调整
另外，在模型车的机械结构方面还有很多可以改进的地方，比如说车轮、传感器的保护等方面。
由于直立小车的直立行驶及转向都是通过后轮实现的，因此当小车在转向时，模型车的轮胎与轮辋之间很容易发生相对位移，可能导致在加速时会损失部分驱动力，而且使小车的状态不稳。因此，我们在实际调试过程中对车轮进行了粘胎处理，可以有效地防止由于轮胎与轮辋错位而引起的驱动力损失的情况。
同时，车模直立运行，在制作电路板的时候尽可能减少电路板的尺寸，一方面便于固定，另一方面可以减少车模的惯量。固定电路板应尽可能贴近车模的底盘，使其能够稳固。为了避免车模运行过程中倾倒，摔坏车模及其上的电路板，在车模机械设计的时候，需要考虑在车模前后安装有防撞支架或者缓冲物，一旦车模倾倒或者失控，防撞支架可以保护车模机械的安全性。 此外，也可以在防撞支架。
6.开发与调试
通过前面的介绍，车模控制电路制作与安装均已完毕。车模是否能够正常高速稳定运行，需要通过软件编写和调试来完成。 6.1软件功能与框架
软件的主要功能包括有： （1）车模运行状态检测； （2）电机PWM输出；
（3）车模运行控制：直立控制、速度控制、方向控制； （4）车模运行流程控制：程序初始化、车模启动与结束；
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