【正文】 = 5 ?i = 5 ?( A D C _ C O N T R | 0 x F 8 ) = = 0 x F 8 ?清 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 標(biāo) 志 位i = i + 1 i = i + 1i = i + 1( A D C _ C O N T R | 0 x F 8 ) = = 0 x F 9 ?A D C _ C O N TR = 0 x F 9A D C _ C O N TR = 0 x F A置 數(shù) 據(jù) 更 新 標(biāo) 志 位YNYNYNYNYN重 啟 A D退 出 中 斷圖 A/D采集中斷流程圖 AD 數(shù)據(jù)處理 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理選用中值濾波法。方式 0 為全西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 調(diào)節(jié)，對(duì)座椅進(jìn)行橫縱兩個(gè)方向上的調(diào)節(jié)；方式 1 為半調(diào)節(jié)，只進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)；方式 2 為不調(diào)節(jié)，即選擇方式 2 后，座椅不自動(dòng)調(diào)節(jié)。 讀 取 速 度 傳 感 器 采 集 數(shù) 據(jù)開 始判 斷 電 機(jī) 正 反 轉(zhuǎn) ？電 機(jī) 正 轉(zhuǎn) N 步Y(jié)電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) N 步返 回N 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖 PID 控制算法 PID 控制算法概述 這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。 自動(dòng)控制系統(tǒng) 可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng) ?？删幊炭刂破鳎?PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器（ PLC）可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell 的 PLC5 等。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “超前 ”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 中被廣泛采用。解決這一矛盾的方法就是事先將差值信號(hào)進(jìn)行放大。因此， I 的取值與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)。此條應(yīng)該不屬于大的，抽象的 PID 控制理論的內(nèi)容了，而是 PID 理論的具體應(yīng)用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 原理特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator），其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和 智能控制 理論三個(gè)階段。當(dāng)縱向電機(jī)不驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖占空比設(shè)置為零。當(dāng)計(jì)時(shí)溢出，產(chǎn)生中斷，對(duì)端口進(jìn)行一次采集。判斷后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 16 位數(shù)組變量中，存儲(chǔ)完后，重新開啟 A/D，跳出中斷，這樣反復(fù)采集 5 次之后，換端口地址。 經(jīng)過 4 個(gè)時(shí)鐘延時(shí) ， 正確讀到 ADC_CONTR 控制寄存器的值 。 建議進(jìn)入空閑模式前 ， 將 ADC 電源關(guān)閉 ， 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn) A/D電源已打開 ， A/D 轉(zhuǎn)換完成后關(guān)閉 AD 電源可降低功耗 。定時(shí)器溢出時(shí)產(chǎn)生中斷。 允許直接訪問物理地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作 由于 C 語(yǔ)言允許直接訪問物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又 具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可用來(lái)寫系統(tǒng)軟件。 C 語(yǔ)言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。本節(jié)主要講編寫程序方面的技巧。 圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 顯示部分 設(shè)計(jì)采用三個(gè) LED燈顯示所選的調(diào)節(jié)模式。 MMA7260 與 STC12C5A60S2 單片機(jī)的連接十分簡(jiǎn)便 ， 根據(jù) MMA7260 的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知 ， 只要在 7260 與單片機(jī) AD 引腳間加阻容濾波器即可直接連接 ， 不需要其它有源元件。 單片機(jī)功能介紹 STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 (1T)的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超 強(qiáng) 抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快 812 倍。片中的激勵(lì)方式控制電路用來(lái)選擇采用何種勵(lì)磁方式。 圖 串行控制示意圖 步進(jìn)電機(jī)脈沖分配 目前對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖 分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等 ，本題目采用 PMM8731 脈沖分配器。 由于單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器之間只有兩條控制線，使系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì) 沿著 A、B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 /(50*4)=176。 四相步進(jìn)電機(jī) 工作原理：四相步進(jìn)電機(jī) 采用單極性直流電源供電。 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。 通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過 定子繞組 時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量 磁場(chǎng) 。電機(jī)控制程序，控制輸出脈沖個(gè)數(shù)及輸出脈沖速度，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度。 ● 常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)。 2020 年 ,周惠興、趙建萍申請(qǐng)了兩輪自平衡電動(dòng)車實(shí)用新型專利。 2020 年 ,中國(guó)科技大學(xué)屠動(dòng)武、張培仁等研制出了兩輪自平衡代步車一 Free Mover,它是一種兩輪左右布置于人體腳下且具有自平衡控制系統(tǒng)的電動(dòng)車 ,其結(jié)構(gòu)類似于 Segway PT。 身高只有 50 cm,重約 5 Kg的村田頑童應(yīng)用了陀螺傳感器和各種當(dāng)時(shí)的高科技產(chǎn)品 ,最終以完成停而不倒 ,在坡道上行駛和汽車通過 S 型平衡木等多項(xiàng)技能征服 了世界人民的眼睛。國(guó)外對(duì)自平衡電動(dòng)車的研究始于二十世紀(jì)八十年代末 ,日本東京電信大學(xué)自動(dòng)化系的山藤一雄教授提出了一個(gè)類似于自平衡車的智能控制器的設(shè)計(jì)概念 ,并在 1996 年成功在日本申請(qǐng)了專利，隨著自平衡控制技術(shù)和自平衡電動(dòng)車的不斷發(fā)展 ,國(guó)內(nèi)外研究人員在最近二三十年間取得了一系列的科研成果。 electric control。 I 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng) —— 軟件部分 摘要 當(dāng)今社會(huì)，汽車已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的交通工具。 II. 了解掌握 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)、控制原理等 。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目：車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng) —— 軟件部分 系 別 ： 電子信息系 專 業(yè)： 通信工程 2020 年 5 月 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目：車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng) —— 軟件部分 系 別 ： 電子信息系 專 業(yè)： 通信工程 2020 年 5 月 西安工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）任務(wù)書 院（系 ） 電信學(xué)院 專業(yè) 通信工程 班 090309 姓名 何家歡 學(xué)號(hào) 09030935 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 車輛自平衡座椅電動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 軟 件部分 ： 自平衡減搖目前最常用且最成功的是船舶減搖鰭式減搖裝置，理論減搖效果可達(dá) 90％以上。 （含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作 12 年 12 月 日起至 13 年 月 日止 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行地點(diǎn)： 未央校區(qū)教 1A樓 312室 作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，應(yīng)完成以下工作： I. 熟練掌握專業(yè)電工、電子（模、數(shù)）技術(shù)。 2 帶 *項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。s Book. Keywords: vehicle selfbalancing?？蒲袉挝缓推髽I(yè)對(duì)兩輪自平衡電動(dòng)車的研究不僅促進(jìn)了自平衡控制技術(shù)的發(fā)展 ,而相對(duì)應(yīng)的自平衡控制技術(shù)的發(fā)展也給自平衡電動(dòng)車的發(fā)展帶來(lái)了巨大的進(jìn)步。制作所的控制設(shè)計(jì)師曾說 :以村田頑童為基礎(chǔ)的 ,諸如不會(huì)摔倒的自行車 ,不碰撞的汽車等智能產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越多。臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)部工業(yè)局于 2020 年幵始大量搜集關(guān)于Segway 的相關(guān)資料 ,并提供給各個(gè)科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠商參考 ,最終于 2020 年在臺(tái)灣國(guó)立中央大學(xué)利用模糊控制原理實(shí)現(xiàn)了一個(gè) 兩輪自平衡小車機(jī)構(gòu)的自平衡控制。最近幾年 ,隨著自平衡控制理論的發(fā)展 ,以及控制硬件的升級(jí) ,控制器處理速度越來(lái)越快 ,控制理論越來(lái)越合理 ,關(guān)于兩輪自平衡電動(dòng)車的研究得到了飛速的發(fā)展。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 ● 36 鍵坐姿及位置調(diào)節(jié)子程序。數(shù)據(jù)采集處理程序，主要解決 MMA7260 傳送的加速度模擬信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)以及數(shù)據(jù)的解算。 步進(jìn)電機(jī)必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、 功率 驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。功率放大器主要對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步 進(jìn)電機(jī)的目的，步進(jìn)電機(jī)的基本控制包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制兩個(gè)方面。 （轉(zhuǎn)子齒角運(yùn)行拍數(shù)），四相運(yùn)行時(shí)步距角為a=360176。而 0、 3 號(hào)齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。這兩個(gè)信號(hào)都是送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的環(huán)形脈沖分配器的輸入端，所以在這種控制系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)器中必須含有脈沖分配器，對(duì)電動(dòng)機(jī)各相勵(lì)磁的分配及轉(zhuǎn)換順序都由環(huán)形分配器來(lái)完成，見圖 。很顯然，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部不包含有環(huán)形分配器，而環(huán)形分配器的功能必須由單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成。當(dāng)采用單脈沖輸入法時(shí)，其連線方式如圖 （ｂ）所示，該圖中的ＣＫ為時(shí)鐘脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由Ｕ／Ｄ的高、低電位決定。其速度比普通的 8051 快 8~12 倍，具有2 路 PWM， 8 路高速 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器，方便接收傳感器的模擬信號(hào)和控制小功率直流電機(jī)。 MMA7260 是由多晶硅微加工表面工藝制成的電容式加速度傳感器 ， 由硅片表面的彈性結(jié)構(gòu)支撐起的質(zhì)量快下面粘附電容的一個(gè)極板 ， 電容的另一個(gè)極板固定 ， 當(dāng)加速度引起質(zhì)量快的相對(duì)位置變化時(shí) ， 電容值也發(fā)生變化 ， 經(jīng)過電容電壓轉(zhuǎn)化電路和放大濾波電路后輸出與加速度成正比的電壓信號(hào)。硬件電路如下圖。 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)技巧及優(yōu)點(diǎn) C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)中一般說來(lái)遵循以下幾個(gè)步驟 :首先分析題意，確定解題算法，然后根據(jù)算法由粗到精畫程序流程圖，最后編寫程序。運(yùn)算符豐富 C 語(yǔ)言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有 34 種運(yùn)算符。 語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大 雖然 C 語(yǔ)言也是強(qiáng)類型語(yǔ)言，但它的語(yǔ)法比較靈活，允許程序編寫者有較大的自由度。初始化中允許定時(shí)中斷，給定時(shí)器控制寄存器和定時(shí)器模式 寄存器賦值，使定時(shí)器開始工作。 ADC 電源控制位 ADC_POWER：ADC_POWER=0， 關(guān)閉 AD C 電源 ， ADC_POWER=1， 打開 A/D 轉(zhuǎn)換器電源 。 MOV ADC_CONTR,DATA NOP NOP 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 NOP NOP MOV A, ADC_CONTR。進(jìn)入中斷后，先判斷是哪一個(gè)端口產(chǎn)生的中斷，ADC_CONTR 寄存器的第三位是用來(lái)設(shè)置 A/D 轉(zhuǎn)換端口，判斷是那一路端口時(shí)，可以先將 ADC_CONTR 寄存器的高 5 位屏蔽掉，然后判別低 3 位。先給定時(shí)器賦初值， TH0=（ 6553650000） /256,TL0=(6553650000)%256,初始化時(shí)，開啟定時(shí)中斷。本設(shè) 計(jì)使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，兩路脈沖分別驅(qū)動(dòng)座椅橫向和縱向轉(zhuǎn)動(dòng)。