S9KEAZ128AMLK双车协同模式下主电磁导引车控制系统软件设计(3)
第四章，介绍了双车协同模式下主电磁导引车控制系统软件的总体架构，并对各模块和彼此间的关系进行了详细说明，给出了相应的初始化程序和流程图。
第五章，介绍了双车协同模式下主电磁导引车控制系统的调试，简要介绍了软件的开发环境和调试过程，并根据调试中遇到的问题总结了相应的解决办法。
2 双车协同模式下主电磁导引车控制系统总体设计
2.1 系统需求分析
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛规则与往届有很大不同，赛规规定电磁组采用双车模追逐比赛形式，两个车模可以采用相同的B型车模，或B型车模与A，B，C型车模相混合的方式。本次电磁组主车模只能选用B型车模。
图2.1 双车车模
根据比赛的各项要求，软件设计需要完成起始标志（永磁铁）、道路状况（包括直线道路、曲线弯道、电磁折角弯道、十字交叉路口、坡道等）和车体自身速度的检测，并根据这些信息实现车速和转向的控制。由于两车经过终点的时间差在比赛成绩中占较大比例，故还需对两车距离进行检测和控制。此外，为便于实时调试，需要精确测定车模的运行状况。
图2.2 赛道示意图
2.2 系统总体组成结构
通过对系统总体需求的分析，整个系统被分为八个功能模块，分别为微控制器模块、初始化模块、数据采集模块、速度检测模块、距离检测模块、电机和舵机驱动模块、上下位机通信模块和人机接口模块。这些功能模块的详细介绍如下：
微控制器模块：本次比赛选用“飞思卡尔”公司的S9KEAZ128AMLK微控制器，它主要负责用给定的算法分析、处理各个传感器检测到的信息，并根据得出的路况信息来控制电机和舵机。
时钟模块：该模块为整个系统的核心——微控制器提供外部时钟源。
数据采集模块：该模块通过安装在车模上的电磁传感器采集所在赛道信息，并用电磁信号放大电路对获得的信息进行处理。
速度检测模块：该模块负责用外部编码器记录车模的运行速度。
距离检测模块：该模块通过I/O口输出的高电平触发，负责发出超声波并检测返回波形，将其送回微控制器进行处理，以确定前车与后车之间的距离。
电机和舵机驱动模块：该模块通过微控制器输出的不同周期（因为电机和舵机所要用的频率不同）和不同占空比的PWM波，分别控制电机的转速和舵机的转角。
上下位机通信模块：该模块负责将车模运动过程中的一些参数实时地传回上位机，便于分析和调试。
人机接口模块：该模块由12个按键、4个拨码开关和1个LCD显示屏组成，用于实时显示各个变量和离线调整各个参数。
系统总体结构图如下：
图2.3 系统总体结构图
2.3 系统控制原理简介
双车协同模式下主电磁导引车控制系统采用吹冰个电磁感应线圈检测路面磁场信息，并将测得的信息反馈到微控制器进行处理。根据感应线圈返回值的不同，可以辨别出当前的赛道路况和车模相对于赛道中心线的位置。据此，电机和舵机驱动模块会输出不同占空比的PWM波，驱动电机和舵机，对速度和转向分别进行相应的调节。为形成速度和距离的闭环控制，分别使用光电编码器和超声波来检测电机转速和双车距离。
2.3.1 转向控制
电磁组赛道中心线为一条铺设在赛道上的通有20kHz，100mA交变电流（频率范围20k±1k，电流范围100m±20mA）的漆包线，其周围的电场和磁场按照一定规律分布[21]。可通过检测车模所在位置的感应电动势反过来获得小车相对中心线的空间位置[22-25]。