【正文】 日 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯記錄 學(xué)生姓名 趙昆鵬 學(xué) 號 08103090102 專業(yè)名稱 自動化 答辯時間 20xx年 5 月 24 日 答辯地點 C0311 指導(dǎo)教師 雷俊紅 題 目 基于微控制器 k60 的光電智能車控制軟件設(shè)計 答辯小組 成 員 姓 名 職 稱 姓 名 職 稱 提問及回答情況記錄： 記錄人簽字： 年 月 日 答辯成績： 答辯小組組長簽名： 年 月 日 畢業(yè)論文成績 答辯委員會 認定成績 畢業(yè)論文等級 學(xué)院 答辯委員會意見 ： 負責人簽名： 年 月 日 注： 畢業(yè) 論文 成績 =指導(dǎo)教師成績 40%＋評閱教師成績 20%＋答辯成績 40%； 答辯委員會認定成績是根據(jù)該生畢業(yè)設(shè)計期間的表現(xiàn)及該專業(yè)整體論文情況的綜合評定成績。汽車在走過的 100 多年的歷史中，從沒停止過智能化的步伐，進入 20 世紀 90 年代以來，隨著汽車市場競爭激烈程度的日益加劇和智能運輸系統(tǒng)（ ITS）地興起，國際上對于智能汽車及其相關(guān)技術(shù)的研究成為熱門，一大批有實力有遠見的大公司、大學(xué)和研究機構(gòu)開展了這方面的研究?？刂戚喿愚D(zhuǎn)動，抵消傾斜的趨勢便可以保持車體直立了。阻尼力過?。ㄇ纷枘幔沟脝螖[產(chǎn)生震蕩，阻尼力過大（過阻尼）會 使得單擺到達平衡位置時間拉長。只要保證在 1k g 2k 0、 條件下，可以維持車模直立狀態(tài)。其中，在加速階段，電機帶動車模后輪進行加速運動，加速度近似和施加在電機上的電壓成正比，加速階段的時間長度取決于時間常數(shù) 1T ，該常數(shù)由電機轉(zhuǎn)動慣量、減速齒輪箱、車模的轉(zhuǎn)動慣量決定；在恒速階段，電機帶動車模后輪進行恒速運行，運行速度與施加在電機 上的電壓成正比。 車模傾角測量 在上節(jié)車模直立控制中介紹了控制車模直立的算法，通過測量車模的傾角和傾角加速度控制車模車輪的加速度來消除車模的傾角。變化 的規(guī)律為 式中， g 為重力加速度； ? 為車模傾角； k 為比例系數(shù)。因此車?？刂扑枰慕嵌群徒撬俣瓤梢允褂猛勇輧x所得到的信號。具體的控制算法有 PID 控制和模糊控制 等控制算法 。由于積分項（ Pi）是將所有采集值偏差相加，在一段時間后會很浪費單片機資源。要達到這種控制要通過實際檢測，分析大量賽道磁場信息，找出它們的特征。 nP = (int)mult_r(nP, CAR_AA_P_INT)。其中速度采用了左右電機速度的平均值 進行計算。 nI = mult_r(nDeltaValue, MOTOR_SPEED_I_INT)。 CMA_P_MAX 可以通過實驗逐步確定一個合適的取值。此 時車模直立控制算法也會相應(yīng)調(diào)整車模出于直立狀態(tài)，車模恒速運行。跌倒判斷可以通過車模傾角是否超過一定范圍進行確定，或者通過安裝在車模前后防撞支架上的微動開關(guān)來判斷。 （ 3）讀取 AD 轉(zhuǎn)換值。 （ 1）電機 PWM 輸出調(diào)試：程序給出兩個電機固定的 PWM 輸出。將車模西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 放在跑道上，車?？梢苑€(wěn)定在跑道上運行。 /* SI = 1 */ SamplingDelay()。 CLK_SetVal()。 //200ns } //Sampling Pixel 1 *ImageData = ad_once(ADC1, AD6a, ADC_8bit)。 /* CLK = 1 */ SamplingDelay()。 if(IntegrationTime = 20) IntegrationTime = 20。 0x0F。D39。)。 uart_putchar(UART0,39。 } else { uart_putchar(UART0,temp 10 + 39。 PixelAverageVoltageError = TargetPixelAverageVoltage PixelAverageVoltage。 CLK_ClrVal()。 /* SI = 0 */ SamplingDelay()。 SamplingDelay()。 //SDIN gpio_init (PORTC , 3, GPO,HIGH)。盡量控制車模靜止。實際優(yōu)化參數(shù)需要通過一定的工程步驟最終確定，這個過程稱為參數(shù)整定。累積電機轉(zhuǎn)動角度。該程序通過讀取加速度計的數(shù)值判斷車模是否處于直立狀態(tài)。它們假定直立控制會始終保持車模不跌倒，直立控制會自動調(diào)節(jié)車模的傾角以適應(yīng)車模的加速、減速和轉(zhuǎn)彎的需要。 下面的算法中，采用了比例控制算法。 nRightSpeed = (int)g_nRightMotorSpeedCount。 if(g_nRightMotorOut MOTOR_OUT_MAX) g_nRightMotorOut = MOTOR_OUT_MAX。 如下是車模直立控制子程序代碼： void CarAngleAdjust(void) { int nLeft, nRight。 (4) 邏輯判斷：模仿人類下判斷時的模糊概念，運用模糊邏輯和模糊推論法進行推論，而得到模糊控制訊號。 PID 控制框圖如下圖所示 對應(yīng)的誤差傳遞函數(shù)為： U（ s） /E(s)=Kp(1+1/Ti+Td) 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 式中， Kp 為比例增益； Ti 為積分時間常數(shù)； Td 為微分時間常數(shù)； U(s)為控制量； E(s) 為被控量與設(shè)定值 R(s)的偏差。 為了避免輸出角度 ? 跟著 g? 過長，可以采取以下兩個方面的措施： （ 1）仔細調(diào)整陀螺儀的放大電路，使得它的零點偏置盡量接近于設(shè)定值，并且穩(wěn)定。如圖 所示。 圖 三軸加速度傳感器 通過設(shè)置可以使得 MMA7260 最大輸出靈敏度為 800mV/g 。 （ 2） 電機差動控制 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 利用光強 偏差檢測信號分別與車模速度控制信號進行 加和減，形成左右輪差動控制電壓，使得車模左右輪運行角速度不一致進而控制車模方向。對于西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 電機的電磁模型、動力學(xué)模型以及車模的動力學(xué)模型進行分析和簡化，可以將電機運動模型簡化成如下的一階慣性環(huán)節(jié)模型。12F m g m k m k? ? ?? ? ? (22) 按照上面的控制方法，可把倒立擺模型變?yōu)閱螖[模型，能夠穩(wěn)定在垂直位置。圖 顯示出不同阻尼系數(shù)下， 單擺的運動曲線。 以上三個任務(wù)都是通過控制車模兩個后輪驅(qū)動電機完成的。by using the PI (proportional integral) control to realize the car speed control。根據(jù)選用的傳感器等硬件方面的條件，需要采集的信號有 ：陀螺儀信號；加速度計信號；電機轉(zhuǎn)速脈沖信號；傳感器 CCD 信號。結(jié)合傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實現(xiàn)汽車的自適應(yīng)巡航并把車開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛；他也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外他還能擔當起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運輸、消防滅火等任務(wù)。如圖 所示。由此，能夠做的顯然只有第二種方式。其中控制規(guī)律由上一節(jié)給出； （ 2）通過電機速度控制，實現(xiàn)車模恒速運行和靜止。 電機速度控制需要測量電機的轉(zhuǎn)速，電機旋轉(zhuǎn)速度可以通過安裝在電機輸出軸上的 光電編碼盤方便獲得。該系列的傳感器采用了半導(dǎo)體表面微機械加工和集成電路技術(shù)，傳感器體積小，重量輕。但是平滑濾波也會使得信號無法實時反映車模傾角的變化，從而減緩對于車模車輪控制，使得車模無法保持平衡。 圖 角度積分漂移校正 利用加速度計所獲得的角度信息 g? 與陀螺儀積分后的角度 ? 進 行比較，將比較的誤差信號經(jīng)過比例 gT 放大之后與陀螺儀輸出的角速度信號疊加之后再進行積分。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。 ,為方便書寫，寫為 錯誤 !未找到引用源。 這兩個系數(shù)是通過實驗調(diào) 試逐步確定的。 else if(nSpeed MOTOR_SPEED_SET_MIN) nSpeed = MOTOR_SPEED_SET_MIN。所以程序并沒有直接更新 g_nLeftMotorSpeedOut ， g_nRightMotorSpeedOut 的 數(shù) 值 ， 而 是 通 過 調(diào) 用 函 數(shù)CalculateMotorSpeedOut() 更新上面的數(shù)值。 if(g_nMotorOutSpeedKeep MOTOR_OUT_MIN) g_nMotorOutSpeedKeep = MOTOR_OUT_MIN。 nSigma = (g_nCarMagicLeftAverage / 2) + (g_nCarMagicRightAverage / 2)。初始化中包括：單片機時鐘配置、 I/O 口配置、 PWM 模塊配置、 A/D 模塊配置、實時中斷配置、脈沖捕捉模塊配置。通過全局標志變量確定是否進行這些閉環(huán)控制。在其中第 0 片段中，進行速度 PID 調(diào)節(jié)。讀取兩個傳感器 AD 轉(zhuǎn)換值，記錄下來，作為后面程序中的零偏常量。之后通過對 PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，使我們對智能車軟件的算法有了一個明確認識，為后來的程序設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 CLK_ClrVal()。 *************************************************************************/ void ImageCapture(unsigned char * ImageData) { unsigned char i。 i++) { SamplingDelay()。 /* 128個像素點的平均電壓值的 10倍 */ u8 PixelAverageVoltage。 i++) { sum = sum + *data++。A39。 SendHex(0)。 i128。 } } /*********************************************************************** * 函數(shù)名稱： SendImageData * 參數(shù)說明： 采集圖像數(shù)據(jù) * 函數(shù)返回：無 ***********************************************************************/ void SendImageData(unsigned char * ImageData) { unsigned char i。 } /*********************************************************************** * 函數(shù)名稱： SendHex * 功能說明：采集發(fā)數(shù)程序 * 函數(shù)返回：無 ************************************************************************ void SendHex(unsigned char hex) { unsigned char temp。 /* 設(shè)定目標平均電壓值與實際值的偏差，實際電壓的 10倍 */ s16 PixelAverageVoltageError = 0。 CLK_SetVal()。 SI_SetVal()。 i127。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 致謝 本課題的研究探討以及論文撰寫一直都是在 雷俊紅 老師的細心指導(dǎo)下進行的，可以說其中的每個環(huán)節(jié)都傾注了 雷俊紅老師 的智慧和心血，雷老師對我們的設(shè)計進行了從開始準備素材到中期的設(shè)計指導(dǎo)，從開始著手到整理完畢沒有一處不凝結(jié)著雷老師的辛苦汗水。一般情況下，車模直立要求，車模傾角在 正負 10 度之內(nèi)，保持 2 秒鐘。也就是每秒鐘調(diào)節(jié) 10次。 圖中，使用 K60 的一個定時器，產(chǎn)生一毫秒的周期中斷。 軟件整體