基于磁场导航智能车控制器的设计(3)

2018-12-25 22:40

2)、速度传感器

我们用的是3000线编码器,驱动电路电路由比较强完成放大、整形,

然后将处理后的脉冲直接送人单片机模数转换口。

3)、磁场检测模块

4.3.1首先是定磁场检测:

所选器件为Kmz52

如下图:

图1是KMZ52的内部结构框图和引脚排列。图中,Z1和Z4为翻转线圈,Z2和Z3为补偿线圈。由于环境温度可能会影响系统精度,因此,在高精度系统中,可以通过补偿线圈对其进行补偿。KMZ52内部有两个正交的磁场传感器分别对应二维平面的X轴和Y轴。磁场传感器的原理是利用磁阻(MR)组成磁式结构,这样可改变电磁物质在外部磁场中的电阻系数。以便在磁场传感器的翻转线圈Z1和Z4上加载翻转电信号后使之能够产生变化的磁场。由于该变化磁场会造成磁阻变化(ΔR)并将其转化成变化的差动电压输出,这样,就能根据磁场大小正比于输出差动电压的原理,分别读取对应的两轴信号,然后再进行处理计算即可得到偏转角度。

复位/置位电路

使用置位/复位电流带需要施加置位/复位脉冲,简称S/R脉冲。需要注意的是,S脉冲与R脉冲对传感器的影响相同,唯一不同的是传感器输出信号的改变。这是因为磁阻传感器有两种工作方式。其中,工作方式1输出电压与磁场强度成正比,而工作方式2输出电压与磁场强度成反比。对于置位/复位电流带输入正向的脉冲电流磁阻传感器为工作方式1;反之则是工作方式2。产生S/R脉冲电路称为置位/复位脉冲电路,是采用磁阻传感器作为磁场传感器所特有的。

A)第一级放大电路:差动放大电路ad620

ad620的接线图中表明了各个引脚的功能,及引脚排布

B)第二级放大电路:

在第二章中已经介绍了第二级放大电路的原理图以及功能。

在这里说明一下程序对采到的AD信号做的处理:由于转换后的信号理论上是0到 5V之间,传感器输出的是正负电压,所以还要先还原到正负信号,然后根据下图中的方法确定偏转角度。

由于干扰磁场的影响,传感器输出具有固定偏差,设地磁场磁感应强度为G,传感器输出为Vn,则传感器工作在方式1时,V1=G+A;工作在方式2时,V2=-G+A。由此可得: G=(V1-V2)/2;

C)角度处理:

在上图中可分析出其判断水平面内360°角的大小。 值得一提的是,接收到的检测信号是0—5V之间的电压值,在程序中我们都要对每次接收到数据做减2.5V的预处理,完成于上图的配合。

4.3.2交变磁场检测

1)交变磁场的检测电路较容易,在此主要注意几个问题:

A)本电路所选三极管为C1815,其放大倍数为80-700,带宽为80MH,完全可以担任放大任务。三极管的性能直接决定了放大后的效果,放大倍数太小直接影响输出电压的复制;

B)在设置基极偏置电压时,对基极电阻的调节和选三极管有恨大关系,调节此电阻使集电极静态工作点在电源电压一半稍高即可,防止波形严重失真,导致无有效电压值;

C)在最后整形滤波出,采用二极管1819,其压降仅为0.2V可尽量减小电压的损失;

D)电阻于电容的选择关系到采集电路信息的时效性,准确性。

2)电感线圈的排布分析:

通电导线周围磁场的分布如图3.1.1导线周围磁场强度与距离的关系,根据通电导线周围的磁场分布可知,当线圈偏离导线较远时,感应电压值很小,传感器感应的电势太小,不利于信号的处理。所以距车头同一距离处设置两对电感线圈。为加大前沿性,我们在最前设置一对传感器,这样共两排传感器,能够较好地完成寻迹。

4)、电机驱动模块

用场效应管搭建H桥来驱动电机。场效应管具有内阻极小、开关速度快等

诸多优点。并且方便加散热片。场效应管是电 压驱动器件,只要栅极电压稍高一点就能使管子导通,单片机直接输出的电压不太够,所以还要增加栅极驱动电路,可以用cmos与非门CD4011,场效应管P管用IRF4905,N管用IRF3205,受到P管电流限制,最大电流为74A。实际电路我们想用两管子并联,提高本驱动的驱动电流,最终为提高使用时间和寿命,我们四片并联实现电机驱动。

5)、舵机驱动模块

所选舵机外形:


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