基于光电传感器的智能小车控制系统设计与实现 - 图文(7)

此类控制系统是由输出量直接控制执行机构的，控制输入和执行机构的输出是一一对应的，通常称此类控制算法为位置式PID控制算法。由于是控制量的全量输入，当输入变化时，其输出端均与过去的状态有关，计算时要对e(k)进行累加，计算机运算量较大。另外，输入u(k)的大幅度变化会引起输出的大幅度变化，这种情况在实际工程实施中要尽量加以避免。因为有发生事故的可能性，因此提出了增量式PID控制算法。

所谓增量式PID指的是数字控制器的输出只是控制量的增量。根据递推原理可得:

u(k?1)?KPe(k?1）?KI?e(i)?KD[e(k?1)?e(k?2)] （4.9）

i?0k?1用公式4.7减去公式4.9则有：

?u(k)?KP[e(k)?e(k?1)]?KIe(k)KD[e(k)?2e(k?1)?e(k?2)]

?Ae(k)?Be(k?1)?Ce(k?2)

?KP?e(k)?KIe(k)?KD[e(k)?e(k?1)] （4.10）

TTT式中?e(k)?e(k)?e(k?1)、A?KP(1??D)、B?KP(1?2D)其中A、

TITTB、C都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间有关的系数。

就整个控制系统而言，增量式与位置式控制算法并无本质的区别。但是增量式控制的输出是增量，误动作对系统影响小，算式中不需要累加;不足之处是积分截断效应大，有静态误差。 4.3.3 速度闭环控制程序设计

速度程序设计时采用增量PID算法。具体算法执行如下： interrupt void Real_Time_Interrupt（void） //实时中断 { lv=nv; //lv为上一速度，nv为当前速度

nv=PACN32; // PACN32光电码盘的速度测量值 PACN32=0; //清零

CRGFLG=0x80; //清实时中断标志位

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dv=nv-lv;

pwmv2=（vwnt-nv）*cp-dv*cd; //vwnt为期望速度值，PID控制 pwmv+=pwmv2;

if（pwmv>10000）{pwmv=10000; } else if（pwmv<-10000）{pwmv=-10000; } if（pwmv>=0）{ PWMDTY01=0; PWMDTY45=pwmv;

}else{

PWMDTY01=-pwmv; PWMDTY45=0; }

} else{

PWMDTY01=600; PWMDTY45=0; }

程序设计的关键是对增量PID算法的了解，通过对当前速度值与期望速度值进行比较作差，差值作为负反馈因子。PID调节器是工业控制中理想的调节器，其中起主导作用的是P（比例）调节，因此对比例项的改进要慎重。

增量式PID控制输出的是控制量增量，并无积分作用，而在小车调速系统中为了增加动态响应速度，放弃了积分作用，单片机出现故障时，误动作影响较小，而执行机构本身有记忆功能，可仍保持原位，不会严重影响系统的工作能达到很好的性能要求。 4.3.4 具体程序设计

本次设计中采用的凌阳超声波测距模组，重心侧重于程序设计。 首先让单片机发出40KHZ方波，这里的程序采用的是写延迟函数，设定B口1通道为输出口，通过多次更改延时时间系数，使方波稳定在40KHz。

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1、40KHz方波延时程序与发射程序

void delay（） { //通过软件方式进行延时程序设计 int ii;

for（ii=0;ii<12;ii++）{} }产生的波形具体频率为38.8KHz。

由于每次测距需要5个周期，这里定义的40KHz方波发射程序如下所示： void fashe（）{

char temp; //定义变量 DDRB=0XF7; //定义B口输出 time0=TCNT; //读取计数器初始值

for（temp=0;temp<10;temp++）{ //发射周期数为10/2 PORTB_BIT1=~PORTB_BIT1; //B1口发射超声波 delay（）; //延迟产生40KHz超声波 }

2、报警器程序

通过超声波测距程序将障碍物离小车的距离测量后，进行报警器的设计，设计思想是：通过单片机B口2通道来驱动发光二极管，编写相应的驱动程序，控制发光二加管的闪烁频率，当小车向障碍物逼近时，发光二极管闪烁的频率显著增加，以此来达到报警效果。程序设计如下：

if（shanshuo>time）

shanshuo=0; //闪烁参数清零 if（shanshuo

PORTB_BIT0=~PORTB_BIT0; //B口驱动二极管 }

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4.4 本章小结

本章主要对软件进行了设计，软件的设计都是在CodeWarrior集成环境中实现的。首先进行单片机系统各个部分的初始化，进而保单片机模块的正常启用。接着进行速度控制程序设计，采用增量式PID算法控制电机的速度，完成闭环调速。超声波防撞报警程序的编写涉及到超声波硬件的应用，从单片机引脚功能的设定到测距模块实际程序的编写，都要按照相应的要求，保证逻辑的正确性。最后是LCD显示程序，在其它程序运行无误的基础上进行此程序的设计编写，完善本设计的辅助功能。

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第5章 系统调试

在硬件设计跟软件设计完成以后，都需要经过长时间的调试。在调试硬件过程中可能涉及到：进一步完善电路、调节硬件性能、更换不合适硬件等；软件调试过程中可能涉及到：检查逻辑问题、修改程序语句、修改函数内部参数等。在此过程中要细心检查，严格按照毕业设计要求，有条不紊的进行调试。

5.1 开发工具介绍

1、 使用BDM调试器

BDM（Background Debug Mode）是当代单片机普遍采用的调试方式之一，BDM调试通过单线的方式将目标机和调试器连接起来，并用一定的软件协议，通过目标机上的几个管脚实现调试。Freescale单片机的BDM调试器结构非常简单，在最小系统板中烧写调试程序就是一个BDM调试器。BDM模式的主要功能有如下三点：

（1）应用程序的下载和再现更新。 （2）单片机内部资源的配置和修复。 （3）应用程序的动态调试。 BDM调试器实物如图5.1。

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