【正文】 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。且由 L298N 結合單片機可實現(xiàn)對小車速度的精確控制。這種調(diào)速方式有調(diào)速特四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 6 頁 共 32 頁 性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點。 方案三 ： 采用由雙極性管組成的 H 橋電路。用單 片機控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關狀態(tài)，精確調(diào)整電機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高； H 橋電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術。 本系統(tǒng)電機是空轉，不要求嚴格的負載驅(qū)動，在加上成本的高低和經(jīng)濟承受能力，我們選擇方案一。 4 系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn) LCD 顯示 在液晶界面上顯示設定轉速和電機的當前速度，并繪制 PID 調(diào)速過程中的速度波動曲線圖。 測速 在電機的轉軸上安裝一個塑料圓盤，在圓盤的邊上對稱 的貼兩個磁鐵，霍爾元件安裝在電路板上，當磁鐵垂直接觸霍爾元件時產(chǎn)生低電平，通過 msp430的 P1 口某一引腳中斷計數(shù)，用定時器 A 計時間。這樣在規(guī)定的時間內(nèi)記錄脈沖數(shù)從而計算出電機一定時間的轉速。 驅(qū)動 通過 msp430 的 引腳輸出 pwm 波形，控制三極管的導通，從而 達到控制電機的轉速 的目的 。 控速 方案 設計 在模擬系統(tǒng)中， PID 算法的表達式為： ?????? ??? ? dt tdeTdtteTteKtP DIp )()(1)()( 式中， )(tP — 調(diào)節(jié)器的輸出信號 )(te — 調(diào)節(jié)器的偏差信號，它 等于測量值與給定值之差 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 7 頁 共 32 頁 pK — 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) IT — 調(diào)節(jié)器的積分時間 DT — 調(diào)節(jié)器的微分時間 在過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進行控制的 PID控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。 它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過 程控制的典型對象──“一階滯后＋純滯后”與“二階滯后＋純滯后”的控制對象， PID 控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結構改變靈活（ PI、 PD、?）。 PID 調(diào)節(jié)器個校正環(huán)節(jié)的作用： （ 1） 比例環(huán)節(jié)：即時成比例的反應控制系統(tǒng)的偏差信號 e（ t），偏差一旦產(chǎn)生， 調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差。 （ 2） 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除誤差，以提高系統(tǒng)無差度。積分作用的強弱取決于積分時間，積分作用越弱，反之越強。 （ 3） 微分環(huán)節(jié)：能反 映偏差的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個早期的有效修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。 將 模擬信號 ??tr 、 ??te 、 ??tu 、 ??tc 在第 n 次 采樣 的數(shù)據(jù)分別用 )(nr 、 )(ne 、)(nu )(nc 表示 ，于是有 )()()( nrne ?? 從而可以推導出數(shù)字 PID 算法 ： ? ? ? ? )1()2()1(2)()()1()()( ??????????? nuneneneKneKneneKnu dIp 將此式代入程序中調(diào)節(jié)好 pK 、 IK 、 dK 這三個參數(shù)，從而 調(diào)節(jié) PWM 使 電機轉速達到設定值。 在實際應用中數(shù)字 PID 算法的積分項可能會引起飽和現(xiàn)象，導致帶幅度的超調(diào)，是系統(tǒng)那個不穩(wěn)定 。 為了消除飽和積分的影響，我們 采用遇限削弱積分法： 一旦控制量進入飽和區(qū)，則停止進行增大積分的運算 。 鍵盤輸入 采用 4 4 矩陣鍵盤。用 msp430 單片的 P2 口中斷來掃描鍵盤，當有鍵按下時產(chǎn)生中斷，在中斷內(nèi)處理鍵值， 每 按一次記錄一個數(shù)，將設定的 轉速記錄下四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 8 頁 共 32 頁 來，傳給 PID 函數(shù)進行計算和控制。 5 原理圖與 PCB 圖 msp430 最小系統(tǒng)原理圖 圖四 MSP430F149 最小系統(tǒng)圖 其他模塊原理圖 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 9 頁 共 32 頁 圖五 電源接口及穩(wěn)壓電路 圖六 IO 擴展電路及外部設備電源供給 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 10 頁 共 32 頁 6 程序框圖和系統(tǒng)程序 程序 流程圖 圖七 PID 算法流程圖 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 11 頁 共 32 頁 圖八 鍵盤 輸入流程圖 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 12 頁 共 32 頁 圖八 系統(tǒng)流程圖 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 13 頁 共 32 頁 系統(tǒng)程序 將各個模塊程序整理如下。 程序 一 ：鍵盤輸入檢測文件 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char define SCAN_OUT P2OUT //4 4 鍵盤掃描端口，低 4 位是列線，高 4 位是行線 define SCAN_IN P2IN//采用逐列掃描的方法，無按鍵時，低 4 位輸出 1，高 4位輸出 0//當有按鍵時，高 4 位輸出掃描電位，低 4 位輸入掃描結果 const uchar uca_RowScan[4]={0x7F,0xBF,0xDF,0xEF}。//列線掃描電壓，分為第 1，2， 3， 4 根列線 uchar k。 void clear_row(uchar row) { uchar i=0。 Write_Cmd(row)。 //顯示地址 for(i=0。i8。i++) Write_Data(0x20)。 //寫入 十六個空格 Write_Cmd(row)。//顯示地址 } void Init_Keypad(void) { P2DIR |= 0xF0。 //~ 設置為輸入狀態(tài) , ~ 設置為輸出狀態(tài) P2OUT = 0x00。 // ~ 輸出低電平 } /********************************* Scankey 鍵盤掃描函數(shù) 返回值 0~9 代表數(shù)值 0~9 10 代表刪除光標左邊一位 11 代表確定鍵 12 表示輸入錯誤 *****************************/ uint ucKeyScan(void) { uchar ucTemp=0。//掃描狀態(tài)暫存 uchar ucRow=0,ucLine=0。//行號，列號 uchar key=0。 //返回鍵值 uint speed1=0。 uchar i=0。 Init_Keypad()。 while(1) { while((P2INamp。0x0F)== 0x0f)//等待按鍵按下 s { 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 14 頁 共 32 頁 P2OUT = 0x00。 // Delay_Nms(5)。 } for(ucRow=0。ucRow4。ucRow++)//列掃描 { P2OUT = uca_RowScan[ucRow]。 //輸出掃描電位 ucTemp = P2INamp。0x0F。 Delay_Nms(20)。 if(ucTemp != 0x0F) { //判斷該列是否有按鍵按下 Delay_Nms(15)。 if(ucTemp==(P2INamp。0x0F)) { switch(ucTemp)//如果有，則判斷行號 { case 0x0E: ucLine=1。break。 case 0x0D: ucLine=2。break。 case 0x0B: ucLine=3。break。 case 0x07: ucLine=4。break。 default: ucLine=5。break。 } } while((P2INamp。0x0F) != 0x0f)//等待按鍵放開 Delay_Nms(25)。 while((P2INamp。0x0F) != 0x0f)//等待按鍵放開 Delay_Nms(5)。 /****** 判斷鍵值 ******/ switch(ucLine+(ucRow+1)*10) { case 11: key=1。break。 case 12: key=2。break。 case 13: key=3。break。 case 14: key=12。break。 case 21: key=4。break。 case 22: key=5。break。 case 23: key=6。break。 case 24: key=12。break。 case 31: key=7。break。 case 32: key=8。break。 case 33: key=9。break。 case 34: key=12。break。 case 41: key=12。break。 case 42: key=0。break。 case 43: key=11。break。 case 44: key=10。break。 } if(key==12) else if(key == 10) 四川理工學院挑戰(zhàn)杯論文 第 15 頁 共 32 頁 { i=0。 return speed1。 } else if(key==11) { clear_row(0x84)。 i=0。 } else { if(i==0) { clear_row(0x84)。 i=1。 } Write_Data(0x30+key)。 speed1 = speed1*10+key。 } } } } } uchar selc_mode() //模式選擇函數(shù) { uchar ucTemp=0。//掃描狀態(tài)暫存 uchar ucRow=0,ucLine=0。//行號，列號 uchar key=0。//返回鍵值 Init_Keypad()。 while(1) { while((P2INamp。0x0F)== 0x0f)//等待按鍵按下 s { P2OUT = 0x00。 // Delay_Nms(5)。 } for(ucRow=0。ucRow4。ucRow++)//列掃描 { P2OUT = uca_RowScan[ucRow]。 //輸出掃描電位