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浙江东阳横店通用机场正式启用

? 2018-09-20 16:54 ? 次阅读

引言

让不知止、不收手者受到党纪和国法的惩处。

目前,设计出具有智能化的产品已经成为商家开发产品的目标之一,也是学生课外科技活动的热点之一;其中,专门针对具有自主巡线功能的智能小车的设计更是数不胜数,但大多数智能巡线小车只是完成了“智能化”所要求的各部分的功能,在小车速度的稳定性和快速性上考虑的相对比较少。本文主要针对具有自主巡线功能的智能小车,设计出了一种多模式速度控制系统,可以使智能小车具有较好的稳定性和快速跟随性。同时,该速度控制系统的多模式设计思想也可以用在以其它系列单片机为控制核心的智能模型车上。

1 控制系统原理

多模式速度控制系统的速度模式有4种:1、开环加速模式2、反接制动模式3、能耗制动模式4、速度闭环运行模式。系统模式通过速度测量值与给定值的偏差范围进行选择,速度给定值由前方传感器检测到的路径形状进行设定,而偏差范围与模式选择的关系根据电机自身的特性曲线和智能小车实际运行情况进行设定。

多模式速度控制系统由HCS12单片机、直流电机驱动电路、直流电机、速度检测模块和无线通信模块组成。单片机产生的PWM波通过由H桥组成的驱动电路来控制直流电机的输入电压大小,速度检测模块通过旋转编码器把电机的转速转换为单位时间内的脉冲个数,无线通信模块实现对速度控制系统相关参数的实时监测与调整,主要用于系统的调试和开发。整个速度控制系统的电源均由一节7.2V镍镉电池提供,控制系统原理图如图1所示。系统中使用低差压稳压器LM2940将7.2V电源变为5V稳压电源输出,可为单片机、速度检测模块和无线通信模块等提供相应的电源,也可减少电池电压不稳定给控制系统各个部分带来的不良影响,保证了控制系统的稳定运行【1】。

基于单片机控制的智能巡线小车多模式速度控制系统设计

图1 控制系统原理图

2 控制系统硬件设计

2.1 直流电机驱动电路

系统中采用的直流电机型号为RS—380H。直流电机驱动采用飞思卡尔公司的5A 集成H 桥芯片MC33886。MC33886芯片内置了控制逻辑、电荷泵、门驱动电路以及低导通电阻的MOSFET 输出电路,适合用来控制感性直流负载,可以提供连续的5A 电流,并且集成了过流保护、过热保护、欠压保护。直流电机驱动电路如图2所示。

基于单片机控制的智能巡线小车多模式速度控制系统设计

图2 直流电机驱动电路

通过控制MC33886 的四根输入线可以方便地实现电机正转、反转、能耗制动及反接制动。图3为经过简化的H 桥电路,当S1、S4 导通且S2、S3 截止时,电流正向流过电机,电机正转;S2、S3 导通S1、S4 截止时,电流反向流过电机,适当利用这个过程可以使电机处于反接制动状态,迅速降低电机速度;当S3、S4导通且S1、S2 截止时,没有电源加在电机上,可认为电机一端直接与另一端连接在一起,此时电机处于能耗制动状态。

本设计中使用两片MC33886 并联,一方面进一步减小导通电阻对电机特性的影响,另一方面减小过流保护电路对电机启动及制动时的影响【2】。

基于单片机控制的智能巡线小车多模式速度控制系统设计

图3 简化的H桥电路

2.2 速度检测模块

通过在电机驱动轴的齿轮上加装小型旋转编码器,使旋转编码器齿轮与电机驱动轴的齿轮进行啮合。这样,就可通过实验测定每个脉冲对应的智能小车运行的距离;同时,可设定一个合适的定时中断作为脉冲采样周期,根据每个采样周期内旋转编码器的输出脉冲个数就可计算出智能小车的实际速度,这样就使脉冲个数和智能小车实际速度具有了明确的对应关系,实际操作、测量非常方便。在本设计中,选用了OMRON E6A2-CS3E旋转编码器,该编码器采用5v 供电,单相输出,每圈输出60个脉冲,用在本系统中比较合适【3】。在采样周期的选取中,考虑到脉冲计数器所能允许的最大值及脉冲计数值要参与实际的运算,为了避免数据溢出,采样周期不能选取过大。

2.3 无线通信模块

本系统中的无线通信模块是基于nRF403的无线数据传输模块,并在此基础上实现了MODBUS 通信协议。该模块在智能小车参数测试及程序调试的过程中起到了很大的作用。在智能小车运行的过程中,可以通过下位机将与小车运行状态有关的各项参数发送到上位机,并可通过简单的VB程序在上位机上显示出相应的状态曲线,从而达到对智能小车的运行状态进行实时监测的目的。在PID参数整定过程中,根据小车的实际运行状态和P、I、D参数对控制系统的影响,可以通过上位机来改变下位机的P、I、D参数而不用重新烧写程序,给系统的在线调试带来了很大的方便。

3 控制系统软件设计

HCS12单片机内置PWM模块,在程序中只需调用相关函数设定PWM周期和写入PWM占空比的值,就可以产生实际需要的PWM波【4】。考虑到有多模式调节,对闭环控制的响应速度要求不高,闭环控制采用了速度单闭环控制和位置式的PI控制算法,PI运算的结果作为PWM占空比的设定值。采用速度单闭环控制既达到了多模式调节中闭环运行模式的效果,同时也降低了系统设计的复杂性。在PI控制算法中,P、I参数整定的比较弱,这样智能小车在过弯时的速度有一定的自然降落,可以防止智能小车脱离轨道。控制系统程序主要采用C语言编写,PI控制算法程序流程图如图4【5】。本文设计的多模式速度控制系统,可以作为一个比较完整的模块调用,这样很容易与路径检测系统相结合,形成完整的具有自主巡线功能的智能小车。

基于单片机控制的智能巡线小车多模式速度控制系统设计

图4 PI控制算法程序流程图

本控制系统选择了一通过CMOS摄像头进行道路识别的智能小车进行实验,通过多次实验及观察得出:速度偏差在±5%以内智能小车运行在速度闭环模式,小于-5%切换到开环加速模式,大于5%且小于6%切换到能耗制动模式,大于6%切换到反接制动模式,这样可以使智能小车在不脱离轨道的情况下达到较快的速度,具有较好的稳定性和快速跟随性能。

4 总结

本文的创新点在于,设计的速度控制系统具有四种速度模式:1、开环加速模式2、反接制动模式3、能耗制动模式4、速度闭环运行模式。该多模式速度控制系统可以使智能小车在任何两种速度模式之间进行快速的切换,同时保证智能小车仍能很稳定地运行。该多模式速度控制系统适用于多种类型的智能小车,可以使智能小车根据路面条件的变化,在速度调节上具有更好的灵活性。

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发表于 2018-09-20 09:46 ? 349次阅读
一文教你避免单片机熔丝位锁死

一文看懂单片机与PLC程序设计的区别

单片机与PLC编程的区别 单片机与PLC的程序设计有很大的区别,单片机的全部程序都是用户设计的,PL...

发表于 2018-09-20 07:39 ? 456次阅读
一文看懂单片机与PLC程序设计的区别

单片机设计经验总结(干扰抑制元件及抗干扰能力的主...

单片机设计要注意的事项总结 1.降低外时钟频率 外时钟是高频的噪声源,除能引起对本应用系统的干扰之外...

发表于 2018-09-20 07:27 ? 458次阅读
单片机设计经验总结(干扰抑制元件及抗干扰能力的主...

新手学习单片机的首选:51单片机

学什么单片机最有前途? 这是单片机初学者经常问的问题。对于这个问题,我想没有人敢下定论。因为每一种单...

发表于 2018-09-20 07:21 ? 439次阅读
新手学习单片机的首选:51单片机

51单片机指令助记符及其相关符号的记忆方法

增量 INC-Incremect减量 DNC-Decrement短转移 SJMP-Short jum...

发表于 2018-09-20 08:03 ? 396次阅读
51单片机指令助记符及其相关符号的记忆方法

深入研究智能蒙皮天线的关键技术

智能蒙皮天线的研究是一个复杂的系统工程,国内外相关报道较少。本文区别于传统相控阵天线设计技术,提出了...

发表于 2018-09-20 15:34 ? 289次阅读
深入研究智能蒙皮天线的关键技术

跑马灯和流水灯的区别是什么?单片机如何控制LED...

弄清楚跑马灯的显示状态后可以开始进行设计了, 在日常的跑马灯设计电路中LED灯一般接为这两种形式...

发表于 2018-09-20 16:24 ? 471次阅读
跑马灯和流水灯的区别是什么?单片机如何控制LED...

单片机和嵌入式的概念

发表于 2018-09-20 11:21 ? 186次阅读
单片机和嵌入式的概念

基于AT89C51单片机下的引脚说明及引脚图

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单...

发表于 2018-09-20 14:56 ? 656次阅读
基于AT89C51单片机下的引脚说明及引脚图

单片机想入门应该怎么学?请记住以下几点

单片机应用的核心技术是什么?是按键,数码管,流水灯,串口。是它们的程序框架。按键和数码管是输入是...

发表于 2018-09-20 14:34 ? 782次阅读
单片机想入门应该怎么学?请记住以下几点

基于单片机下Watchdog之浅析

单片机的watchdog一般都有两个,一个是独立看门狗IWDG,一个是窗口看门狗WWDG。

发表于 2018-09-20 14:19 ? 429次阅读
基于单片机下Watchdog之浅析

常用仪表及控制图形符号你了解了吗?包括了测量点,...

测量点(包括检出元件)是由过程设备或管道符号引到仪表圆圈的连接引线的起点,一般无特定的图形符号,如图...

发表于 2018-09-20 09:32 ? 498次阅读
常用仪表及控制图形符号你了解了吗?包括了测量点,...

基于单片机读取外部电压ADC阻抗匹配问题之浅析

单片机的基准电压一般为3.3V,如果外部信号超过了AD测量范围,可以采用电阻分压的方法,但是要注意阻...

发表于 2018-09-20 08:34 ? 769次阅读
基于单片机读取外部电压ADC阻抗匹配问题之浅析

uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用...

早在20世纪60年代,就已经有人开始研究和开发嵌入式操作系统。但直到最近,它才在国内被越来越多的提及...

发表于 2018-09-20 15:53 ? 621次阅读
uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用...

基于STM32单片机SPWM逆变电源模块的详细资...

本模块可以将4.5V到35V的直流输入电压转换成±4.5V-±35V的交流电压,模块采用STM32F...

发表于 2018-09-20 15:35 ? 824次阅读
基于STM32单片机SPWM逆变电源模块的详细资...

如何利用步进梯形指令单流程编程实现的交通灯控制系...

十字路口车辆穿梳,行人熙攘,车行车道,人行人道,居然能够有条不紊进行?那么靠什么来实现这井然秩序呢?...

发表于 2018-09-20 11:46 ? 343次阅读
如何利用步进梯形指令单流程编程实现的交通灯控制系...

AVR单片机十日通:关于中断及中断键盘应用的介绍...

欣世纪电子阿迪老师单片机系列视频教程之《AVR单片机十日通》,这是第六日:中断及中断键盘应用,非常重...

发表于 2018-09-20 11:39 ? 285次阅读
AVR单片机十日通:关于中断及中断键盘应用的介绍...

基于51单片机下红外遥控小车程序原理

下面是一款Android手机通过蓝牙模块与单片机通信单片机程序,单片机可以使用以下51单片机:AT8...

发表于 2018-09-20 08:31 ? 1198次阅读
基于51单片机下红外遥控小车程序原理

基于Atmel AVR单片机的无线图像侦检系统设...

2011 ATMEL AVR 校园设计大赛--基于Atmel AVR单片机的无线图像侦检系统

发表于 2018-09-20 05:08 ? 276次阅读
基于Atmel AVR单片机的无线图像侦检系统设...

AVR单片机十日通:关于EEPROM读写与DS1...

欣世纪电子阿迪老师单片机系列视频教程之《AVR单片机十日通》,这是第十日:EEPROM读写与DS13...

发表于 2018-09-20 04:45 ? 251次阅读
AVR单片机十日通:关于EEPROM读写与DS1...

AVR单片机十日通:介绍AVR单片机软硬件配置(...

欣世纪电子阿迪老师单片机系列视频教程之《AVR单片机十日通》,这是第一日:AVR单片机软硬件配置入门...

发表于 2018-09-20 04:03 ? 273次阅读
AVR单片机十日通:介绍AVR单片机软硬件配置(...

单片机调试方法浅析

其电路很简单,一个LED通过限流电阻接到VCC电源。I/O设置为输出方式。我们可以用下面的宏来定义L...

发表于 2018-09-20 16:02 ? 551次阅读
单片机调试方法浅析

基于STC单片机发热、复位问题之浅析

最近有个项目,需要一个继电器,接收到低电平就动作,用的STC15W104、使用的市面上的开关电源5V...

发表于 2018-09-20 15:09 ? 387次阅读
基于STC单片机发热、复位问题之浅析

模拟电路、传统数字电路与单片机有什么区别

相比较于模拟电路的误差,数字电路精确度得到很大的提高,单片机本质上也是数字电路,但与我们平常所说的传...

发表于 2018-09-20 14:04 ? 647次阅读
模拟电路、传统数字电路与单片机有什么区别

STM32F103系列单片机最实用看门狗的详细资...

事情很简单先前做的一款采集数据的产品不知道为何异常,陷入死循环然后“死机”,分析了很多次,没发现原因...

发表于 2018-09-20 10:16 ? 521次阅读
STM32F103系列单片机最实用看门狗的详细资...

晶振电路中为什么用22pf或30pf的电容

有些用于工控的项目,建议不要用无源晶振的方法来起振,而是直接接有源晶振。也是主要由于无源晶振需要起振...

发表于 2018-09-20 09:29 ? 1547次阅读
晶振电路中为什么用22pf或30pf的电容

七种复位电路的介绍和复位电路几种设计详细概述

复位源是导致单片机内部复位操作的源泉,大致可分为七种:上电复位(POR)﹑人工复位(MRST)﹑电源...

发表于 2018-09-20 18:45 ? 673次阅读
七种复位电路的介绍和复位电路几种设计详细概述

ATRIAS机器人可以像人类一样行走,完美跨越

团队通过ATRIAS双足机器人平台上对控制算法进行了实验测试,它能够在随机变化的离散地形上实现动态步...

发表于 2018-09-20 15:56 ? 588次阅读
ATRIAS机器人可以像人类一样行走,完美跨越
孙逊演绎最“难人 没有的事(图) 高晓松中枪 广告价值 诺兰再度发声力挺胶片 阿Sa疑似新男友曝光 2016青少年网络春晚精彩上演 虚假违法广告 道歉声明 25亿财产成焦点
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