基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法技术

本发明专利技术公开了基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法，包括以下步骤：步骤1，采用电磁传感器向单片机的AD接口输出电磁传感器的电动势；步骤2，对电动势进行滤波处理，得到有效的电动势信号，根据有效的电动势信号，选取中心值；步骤3，进行分区；步骤4，获取分区的判断依据参数Spaceflag；步骤5，对智能小车所处区域进行判定，并获取控制参数；步骤6，将控制参数作为控制智能小车方向的PID控制器的输入，实现智能小车的循迹前进。本发明专利技术为电磁传感器的智能小车提供循迹前进的解决方法，具有循迹准确、大小偏差处理精准的优点。

Intelligent Car Tracking Method Based on EMF Center Value Zoning of Electromagnetic Sensor

The invention discloses an intelligent car tracking method based on the EMF center value partition of the electromagnetic sensor, which includes the following steps: step 1, using the electromagnetic sensor to output the EMF of the electromagnetic sensor to the AD interface of the single chip computer; step 2, filtering the EMF to obtain the effective EMF signal, selecting the center value according to the effective EMF signal; step 3, proceeding; In step 4, the judgement of the partition is based on the parameter Spaceflag; in step 5, the area where the intelligent car is located is judged and the control parameters are obtained; in step 6, the control parameters are used as the input of the PID controller to control the direction of the intelligent car, and the intelligent car can follow the trail. The invention provides a method for solving the problem of tracing forward for the intelligent car of the electromagnetic sensor, and has the advantages of accurate tracing and precise processing of the size deviation.

【技术实现步骤摘要】
基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法
本专利技术涉及智能小车循迹导航和路径规划的
，具体涉及基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法。
技术介绍
无人驾驶技术的研究与发展为人们的生活带来莫大的便利，汽车的智能控制也将会成为不久的将来的新时尚和新趋势。用单片机为控制核心的智能循迹小车也是这一技术的一项分支的研究，电磁控制的智能小车有着高灵敏，受外界干扰相对较较少，完全不受光学噪声的影响，而且其传感器原理比较其他而言相对简单，成本也更低这又给其带来了更大的优势。所以电磁循迹小车的控制算法研究有着莫大的意义。循迹方法的研究与解算是非常重要的实现环节，而在复杂的循迹磁场中不同位置的磁场环境需要相对应最合适的解算方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法，包括如下步骤：步骤1，采用电磁传感器向单片机的AD接口输出电磁传感器的电动势；步骤2，对电动势进行滤波处理，得到有效的电动势信号，根据有效的电动势信号，选取中心值；具体滤波方法可参考文献：刘丽梅,孙玉荣,李莉.中值滤波技术发展研究[J].云南师范大学学报:自然科学版,2004,24(1):23-27.步骤3，进行分区；步骤4，获取分区的判断依据参数Spaceflag；步骤5，对智能小车所处区域进行判定，并获取控制参数；步骤6，将控制参数作为控制智能小车方向的PID控制器的输入，实现智能小车的循迹前进。本专利技术中，步骤1包括：采用三个电磁传感器，每个电磁传感器都是由一个10mH电感和一个6.8nF电容配对而成，三个电磁传感器采用左、中、右水平放置的摆放方式，分别记为左边电磁传感器、中间电磁传感器、右边电磁传感器，采集电磁传感器通过布置于道路中心线的一根100mA、20kHz电流的导线所感应出的电动势，通过运算放大器与整流模块得到电压信号，给KEA128单片机的AD接口输出电磁传感器的电动势。本专利技术中，步骤2包括如下步骤：步骤2-1，将单片机AD口采集到左边电磁传感器、中间电磁传感器、右边电磁传感器传输来的各x个电动势，x可取10到30之间任意个数，这里选取20，分别依次存入三个大小为20的一维数组AD_value1[20]、AD_value2[20]、AD_value3[20]中；步骤2-2，通过冒泡排序法分别对数组AD_value1[20]、AD_value2[20]、AD_value3[20]中的20个数据进行排序处理，并按照从大到小的顺序重新存入数组AD_value1[20]、AD_value2[20]、AD_value3[20]中(参考文献：郑国彪,曹侃宇.冒泡排序法及其改进[J].青海大学学报:自然科学版,2002，pp.1-2)；步骤2-3，对数组AD_value1[20]中的第九个数据AD_value1[9]和第十个数据AD_value1[10]两个数据计算算术平均值作为左边电磁传感器的有效参数，记为AD1；步骤2-4，对数组AD_value2[20]中的第九个数据AD_value2[9]和第十个数据AD_value2[10]两个数据计算算术平均值作为中间电磁传感器的有效参数，记为AD2，并以AD2的实时值作为中心值；步骤2-5，对数组AD_value3[20]中的第九个数据AD_value3[9]和第十个数据AD_value3[10]两个数据计算算术平均值作为右边电磁传感器的有效参数，记为AD3。本专利技术中，步骤3包括：将导线上方的空间分为两个区域：智能小车所在位置为轴心，以智能小车前进方向的导线为轴线，左右各包含20度的空间区域作为空间1区，以左右大于20度的空间作为空间2区。本专利技术中，步骤4包括：对步骤3构建的两个区域，以中间电磁传感器中心值AD2在两个区域的分界线上时的中心值AD2特征值作为判断依据，采集n1次在空间1区、空间2区的分界线上的中心值AD2，并对采集中心值取算术平均数作为分区的判断依据参数，记为Spaceflag。本专利技术中，步骤5包括如下步骤：步骤5-1，当中间电磁传感器位于导线正上方时，记录此时的中心值，记为AD_refernce；步骤5-2，计算AD_refernce与步骤2-4得到的中心值AD2的差的绝对值，记为ABSError，计算ABSError与AD_refernce的比值，记为Ratio；步骤5-3，将中心值AD2与步骤4中计算得到的Spaceflag的值进行大小比较，根据毕奥萨伐尔定律，距离导线越近，电磁传感器获得的感应电动势就会越大，所以当中心值AD2大于Spaceflag时判定为智能小车处于空间1区中，当中心值AD2小于Spaceflag时判断为智能小车处于空间2区中。(参考文献：呼和满都拉,冀文慧,杨洪涛,等.毕奥萨伐尔定律建立的探讨[J].物理通报,2014，pp.1-2)。步骤5-4，当智能小车处于空间2区中时，判断当前时刻左边电磁传感器的有效值AD1与右边电磁传感器的有效值AD3的数值大小，当AD1大于等于AD3时，将1存入一个变量LOR中；当AD1小于AD3时，将-1存入变量LOR中，将LOR*Ratio存入变量ERROR中；步骤5-5，当智能小车处于空间1区中时，计算左边电磁传感器的有效值AD1与右边电磁传感器的有效值AD3的差值，记为Reduce；计算左边电磁传感器的有效值AD1与右边电磁传感器的有效值AD3的和值，记为Plus；计算Reduce与Plus的比值，将Reduce与Plus的比值存入变量ERROR中。本专利技术中，步骤5-4包括：当AD1与AD3的数值都很小时，这里当AD1与AD3的数值都小于时，代表三个电磁传感器都距离道路中心的导线很远，此时的AD1与AD3的大小关系不足以作为判断变量ERROR正负的依据，需要对决定变量ERROR正负的变量LOR保留上一次的数值处理，具体方法如下：将变量LOR的值存入变量LORLST中，即LORLST＝LOR，当且时，令LOR的值等于LORLST的值，即LOR＝LORLST。本专利技术中，步骤6包括如下步骤：步骤6-1，设定PID控制器的比例调节参数Kp为n2(一般取值为100)，微分调节参数Kd为n3(一般取值为10)，该PID控制器不引用积分控制；步骤6-2，将当前时刻的变量ERROR的值存入变量ERRORLST中；步骤6-3，将变量ERROR中的参数作为PID控制器的输入，输出Out满足如下公式：Out＝Kp×ERROR+Kd×(ERROR-ERRORLST)步骤6-4，将Out的计算值作为PID控制器输出的控制量，输出给智能小车的舵机，让舵机做出与PID控制器输出的控制量相对应的打角，实现智能小车的循迹前进，本专利技术中所述智能小车以单片机KEA128为主控芯片，银燕ES3004为舵机，FF160SH为电机。通过上述技术方案的实施，本专利技术的有益效果是：(1)对偏差计算进行了分区，可以针对分区制定最为合适的计算方法；(2)减少了偏差方向判断失误的可能，提高了循迹方法的稳定性；(3)减少了计算量，缩短了计算时间，提高了循迹的实时性；(4)运算速度快，抗环境干扰能力强。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述或其他方面的优点将会变得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用电磁传感器向单片机的AD接口输出电磁传感器的电动势；步骤2，对电动势进行滤波处理，得到有效的电动势信号，根据有效的电动势信号，选取中心值；步骤3，进行分区；步骤4，获取分区的判断依据参数Spaceflag；步骤5，对智能小车所处区域进行判定，并获取控制参数；步骤6，将控制参数作为控制智能小车方向的PID控制器的输入，实现智能小车的循迹前进。

【技术特征摘要】
1.基于电磁传感器电动势中心值分区的智能小车循迹方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用电磁传感器向单片机的AD接口输出电磁传感器的电动势；步骤2，对电动势进行滤波处理，得到有效的电动势信号，根据有效的电动势信号，选取中心值；步骤3，进行分区；步骤4，获取分区的判断依据参数Spaceflag；步骤5，对智能小车所处区域进行判定，并获取控制参数；步骤6，将控制参数作为控制智能小车方向的PID控制器的输入，实现智能小车的循迹前进。2.根据权利要求1所述的方法，特征在于，步骤1包括：采用三个电磁传感器，每个电磁传感器都是由一个电感和一个电容配对而成，三个电磁传感器采用左、中、右水平放置的摆放方式，分别记为左边电磁传感器、中间电磁传感器、右边电磁传感器，采集电磁传感器通过布置于道路中心线的一根导线所感应出的电动势，通过运算放大器与整流模块得到电压信号，给单片机的AD接口输出电磁传感器的电动势。3.根据权利要求2所述的方法，特征在于，步骤2包括如下步骤：步骤2-1，将单片机AD口采集到左边电磁传感器、中间电磁传感器、右边电磁传感器传输来的各20个电动势，分别依次存入三个大小为20的一维数组AD_value1[20]、AD_value2[20]、AD_value3[20]中；步骤2-2，通过冒泡排序法分别对数组AD_value1[20]、AD_value2[20]、AD_value3[20]中的20个数据进行排序处理，并按照从大到小的顺序重新存入数组AD_value1[20]、AD_value2[20]、AD_value3[20]中；步骤2-3，对数组AD_value1[20]中的第九个数据AD_value1[9]和第十个数据AD_value1[10]两个数据计算算术平均值作为左边电磁传感器的有效参数，记为AD1；步骤2-4，对数组AD_value2[20]中的第九个数据AD_value2[9]和第十个数据AD_value2[10]两个数据计算算术平均值作为中间电磁传感器的有效参数，记为AD2，并以AD2的实时值作为中心值；步骤2-5，对数组AD_value3[20]中的第九个数据AD_value3[9]和第十个数据AD_value3[10]两个数据计算算术平均值作为右边电磁传感器的有效参数，记为AD3。4.根据权利要求3所述的方法，特征在于，步骤3包括：将导线上方的空间分为两个区域：智能小车所在位置为轴心，以智能小车前进方向的导线为轴线，左右各包含20度的空间区域作为空间1区，以左右大于20度的空间作为空间2区。5.根据权利要求4所述的方法，特征在于，步骤4包括：对步骤3构建的两个区域，以中间电磁传感器在两个区域的分界...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈世斌，徐东亮，谢非，杨继全，张亮，滕飞，程军，夏俊，沈舒雨，陈敏，
申请(专利权)人：南京师范大学，南京智能高端装备产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32