【正文】 .................................................................... 31 1 循跡小車智能預(yù)測(cè)控制方法研究 摘 要 ： 本設(shè)計(jì)主旨就現(xiàn)階段已經(jīng)實(shí)踐的智能車基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā) ,原有的在運(yùn)行中不太穩(wěn)定 ,添加預(yù)測(cè)功能使其更加平穩(wěn)快速。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 本人完全了解有關(guān)保障、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)畢業(yè)論文管理機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。主要有四個(gè)模塊，分別是控制模塊、信息采集模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和反饋模塊。反饋模塊主要由霍爾傳感器與單片機(jī)和信息采集模塊共同完成。 STC89C52 Microcontroller。國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都在積極投入人力、財(cái)力研制開(kāi)發(fā)針對(duì)特殊條件下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) [1]。智能車大致具有避障、循跡、檢測(cè)貼片、避崖、尋光入庫(kù)等基礎(chǔ)性能，這幾屆的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽智能循跡小車在聲控系統(tǒng)方面有了進(jìn)步。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，把自己所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，從實(shí)踐 中加深對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)與理解，也從中找到理論的不足之處，具有一定意義。該模塊采用比較普遍簡(jiǎn)單的紅外探測(cè)器。一般說(shuō)來(lái)，紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng)，只要效果可以測(cè)量而且足夠靈敏，均可用來(lái)度量紅外輻射的強(qiáng)弱。（電路圖如圖 1） 圖 1 紅外對(duì)光管原理 控制模塊 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最主要的還是小車的自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，在這方面，單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就顯現(xiàn)出來(lái) 即 快速、容易、易操作。經(jīng)過(guò)分析 ， 我選定了 STC89C52 單片機(jī) (如圖）作為本設(shè)計(jì)的主控裝置， 51 系列單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令， I/O 口均可按位尋址，程序空間多達(dá) 8K，對(duì)于本設(shè)計(jì)也綽綽有余。52 系列單片機(jī) ,沒(méi)有多大區(qū)別 ,只是內(nèi)部多了一個(gè)EEPROM 空間 ,可以串口下載程序 ,指令執(zhí)行速度快一倍。振蕩脈沖的頻率范圍為 fOSC=0～ 24MHz，在本次設(shè)計(jì)中采用的是 12MHz 的晶振，所以振蕩信號(hào)頻率為 12MHz，從 XTAL2 端輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上 [6]。 AT89C51 單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)從 RST 引腳輸入，進(jìn)入到片內(nèi)的施密特觸發(fā)器，復(fù)位信號(hào)高電平有效，有效時(shí)間持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期即兩個(gè)機(jī)器周期。有源蜂鳴器的內(nèi)部有振蕩電路，加電源后就可以發(fā)出聲音，缺點(diǎn)是只能發(fā)出單一的音調(diào)。 音頻驅(qū)動(dòng)電路通常選用晶體管放大電路，本次設(shè)計(jì)中選用 S8550 晶體管，它是一種 PNP 型硅三極管。其中三極管 S8550 參數(shù)如下： (1)集電極最大電流 ICM=。 驅(qū)動(dòng)模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊擬用兩種解決方案，分別如下： 7 (1)采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制 ,通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整 .此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單 ,缺點(diǎn)是繼電器 的響應(yīng)時(shí)間慢 ,易損壞 ,壽命較短 ,可靠性不高。采取由單片機(jī)控制達(dá)林管，讓其在能夠調(diào)節(jié)的占空比開(kāi)關(guān)狀態(tài)下運(yùn)行。 反饋模塊 單片機(jī)程序中 PID 算法的應(yīng)用和霍爾傳感器測(cè)速的應(yīng)用。例如， PID 控制技術(shù)還尚未在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中得到如同日常家電產(chǎn)品一樣的推廣和應(yīng)用，在這其中包含有如何解決 “ 控制性能優(yōu)于傳統(tǒng) PID 控制器的模糊控制器設(shè)計(jì) ” 問(wèn)題。并且成功的把仿真內(nèi)容準(zhǔn)確的應(yīng)用于實(shí)際中去，研制出了非常多成功的 PID 控制應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng) [8]。出現(xiàn)偏差，及時(shí)反饋控制模塊進(jìn)行調(diào)整。 電源系統(tǒng) 采用 4節(jié)普通 干電池單電源供電，但 6V 的電壓太小，不同時(shí)給單片機(jī)與與電機(jī)供電。 硬件總體設(shè)計(jì)如圖 5： 9 圖 5 總體結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)是基于 Freescsle 公司的 16位單片機(jī)的智能車控制系統(tǒng)，綜合了傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)。該模塊包括電源模塊，串口電平轉(zhuǎn)換模塊，以及 I/O 口擴(kuò)展模塊。原理圖如圖 7： 圖 7 驅(qū)動(dòng)模塊原理圖 總體設(shè)計(jì) 智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬(wàn)向輪，起支撐的作用。 預(yù)測(cè)控制算法 PID 控制已成為智能自動(dòng)化控制的研究中最為活躍而又富有 成果的領(lǐng)域，從過(guò)去的傳統(tǒng)與現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展歷史來(lái)講 PID 控制研究與應(yīng)用已經(jīng)得到十分迅速地發(fā)展。 PID控制設(shè)計(jì)： 模糊邏輯整定控制器的表達(dá)式為 ( ) ( 1 ) ( )( ) ( 1 ) ( )( ) ( 1 ) ( )p p p pi i id d d dK k K k k KK k K k k KK k K k k K???? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ? ?? 其中， ( ), ( ), ( )p i dr k r k r k為校正速度量，其值隨校正次數(shù)增加而減小。 typedefunsignedintuint16。 /*****************************/ typedefstructPIDValue { uint32Ek_Uint32[3]。 uint8KD_Uint8。//實(shí)際值 }PIDValueStr。//輸出時(shí)間單位計(jì)數(shù)器 /********************************* PID=Uk+KP*[E(k)E(k1)]+KI*E(k)+KD*[E(k)2E(k1)+E(k2)]。//負(fù)數(shù)和 Temp[0]=0。 NegSum=0。//E(k)為正數(shù) //數(shù)值移位 [2]=[1]。//E(k)E(k1) 15 [0]=0。//2E(k1) if(([0]+[2])Temp[2])//E(k2)+E(k)2E(k1)否？ { Temp[2]=([0]+[2])Temp[2]。}//E(k2)+E(k)2E(k1)為負(fù)數(shù) Temp[0]=(uint32)*Temp[0]。//正數(shù)和 else NegSum+=Temp[0]。//正數(shù)和 else NegSum+=Temp[2]。 =(uint16)Temp[0]。} } /********************************* 函數(shù)入口 :U(K) 函數(shù)出口 :out(加熱輸出 ) //PID 運(yùn)算植輸出函數(shù) 軟件仿真 原理圖 如圖 9： 17 圖 9 仿真原理圖 5．結(jié)論 根據(jù)仿真圖和實(shí)際所購(gòu)買(mǎi)的元器件清單進(jìn)行安裝。 針對(duì)循跡小車進(jìn)行智能預(yù)測(cè)控制功能的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，本論文主要研究了以下幾方面內(nèi)容： （ 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)研究； （ 2）智能預(yù)測(cè)控制程序設(shè)計(jì)； 18 （ 3）循跡小車智能預(yù)測(cè)控制功能的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。//定義前方左側(cè)指示燈端口 sbitRightLed=P0^7。//定義前方右側(cè)紅外探頭端口 sbitFontIR=P3^7。//定義右側(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng) A 端 sbitM2B=P0^3。//將 M1電機(jī) A 端初始化為 0 M1B=0。 M1B=0。 M1B=1。 M1B=1。 M1B=0。 while(i)。 switch(ConType)//判斷用戶設(shè)定電機(jī)形式 { case1://前進(jìn) //判斷用戶是否選擇形式 1 { qianjin()。 } case3://左轉(zhuǎn) //判斷用戶是否選擇形式 3 { zuozhuan()。 } case8://停止 //判斷用戶是否選擇形式 8 { 23 tingzhi()。//初始化顯示狀態(tài) ControlCar(8)。 SB1=FontIR。 delay_nms(1500)。 gotoNextRun。//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 ucharcodeRecvData[]={0x19,0x46,0x15,0x44,0x43,0x40,0x0D,0x0E,0x00,0x0F}。//定義運(yùn)行標(biāo)志位 bitEnableLight=0。//定義 B1狀態(tài)標(biāo)志位 sbitIRState=P1^3。//定義 LeftIR 狀態(tài)標(biāo)志位 sbitRightIRState=P1^7。//定義前方左側(cè)指示燈端口 25 sbitRightLed=P0^7。//定義正前方紅外探頭 /*************完成紅外探頭端口定義 ***********/ sbitM1A=P0^0。//定義電機(jī) 2反向端口 /*************完成電機(jī)端口定義 ***************/ sbitB1=P0^4。//定義紅外接收端口 /*********完成紅外接收端口的定義 *************/ defineShowPortP2//定義數(shù)碼管顯示端口 externvoidControlCar(ucharCarType)。i++){}//14mS 延時(shí) } } voidDelay()//定義延時(shí)子程序 {uintDelayTime=30000。//將 M1電機(jī) A 端初始化為 0 M1B=0。 M1B=0。 M1B=1。 M1B=1。 M1B=0。 switch(ConType)//判斷用戶設(shè)定電機(jī)形式 { case1://前進(jìn) //判斷用戶是否選擇形式 1 { qianjin()。 } case3://左轉(zhuǎn) //判斷用戶是否選擇形式 3 { zuozhuan()。 } case5://停止 //判斷用戶是否選擇形式 8 { tingzhi()。//關(guān)閉外部中斷 ,防止再有信號(hào)到達(dá) delayms(15)。 { delayms(1)。k8。//延時(shí)等待 } while(IRIN)//計(jì)算 IR 高電平時(shí)長(zhǎng) { delayms(1)。//返回 } } IRCOM[j]=IRCOM[j]1。//打開(kāi)外部中斷 30 return。//數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)碼 } } EX1=1。//同意開(kāi)啟外部中斷 1 IT1=1。//延時(shí) RunStopState=~RunStopState。 不管怎樣，在此，我首先要感謝我的論文導(dǎo)師劉琪老師，他不僅是我的論文導(dǎo)師，還是