【文章內(nèi)容簡介】 輸入（）端口并聯(lián)了一個(gè)1000 微法的電容。 速度傳感器電機(jī)速度傳感器使用了固定在電機(jī)輸出軸上的光碼盤以及相互配合的光電對管器件。圖 由于光電管器件直接輸出數(shù)字脈沖信號，因此可以直接將這些脈沖信號連接到單片機(jī)的計(jì)數(shù)器端口。每個(gè)光電管輸出兩個(gè)脈沖信號，它們波形相同，只是相位相差90176。如果電機(jī)正轉(zhuǎn)，第二個(gè)脈沖落后90176。；如果電機(jī)反轉(zhuǎn)，第二個(gè)脈沖超前90176?？梢酝ㄟ^這個(gè)關(guān)系判斷電機(jī)是否正反轉(zhuǎn)。在實(shí)際電路中，只檢測了一路脈沖信號。通過他的頻率測量得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)的轉(zhuǎn)向是通過施加在電機(jī)上的電壓正負(fù)進(jìn)行判斷的。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)方法可以有效判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向并進(jìn)行速度控制。 電磁線檢測電路道路中心線的電磁線檢測是保證車模能夠運(yùn)行在賽道上。 電磁檢測電路按該電路制作電路如圖 電機(jī)檢測電路板車模是否能夠正常高速穩(wěn)定運(yùn)行，需要通過軟件編寫和調(diào)試來完成。軟件編寫與調(diào)試主要任務(wù)包括：（1）建立軟件工程，配置單片機(jī)資源；（2）編寫單片機(jī)軟件程序框架，編寫上位機(jī)監(jiān)控軟件，建立軟件編譯、下載、調(diào)試的環(huán)境；（3）實(shí)現(xiàn)并測試各個(gè)子模塊的功能正確性；（3）逐步完成車模閉環(huán)控制，整定各個(gè)待定參數(shù)；（4）進(jìn)行車模整體運(yùn)行性能測試與提高。 軟件功能與框架軟件的主要功能包括有：（1）車模運(yùn)行狀態(tài)檢測；（2）電機(jī)PWM 輸出；（3）車模運(yùn)行控制：直立控制、速度控制、方向控制；（4）車模運(yùn)行流程控制：程序初始化、車模啟動與結(jié)束；（5）系統(tǒng)界面：狀態(tài)顯示、上位機(jī)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定等。上述功能可以分成兩大類：第一類包括 13 功能，它們屬于需要精確時(shí)間周期執(zhí)行，因此可以在一個(gè)周期定時(shí)中斷里完成。第二類包括45 功能。它的執(zhí)行不需要精確的時(shí)間周期?？梢苑旁诔绦虻闹鞒绦蛑型瓿?。這兩類任務(wù)之間可以通過全局變量實(shí)現(xiàn)相互的通訊。主程序框架如圖 所示圖 中，程序上電運(yùn)行后，便進(jìn)行單片機(jī)的初始化。初始化的工作包括有兩部分，一部分是對于單片機(jī)各個(gè)應(yīng)用到的模塊進(jìn)行初始化。這部分的代碼由CodeWarrior 集成環(huán)境的ProcessorExpert 工具生成。第二部分是應(yīng)用程序初始化，是對于車?？刂瞥绦蛑袘?yīng)用到的變量值進(jìn)行初始化。初始化完成后，首先進(jìn)入車模直立檢測子程序。該程序通過讀取加速度計(jì)的數(shù)值判斷車模是否處于直立狀態(tài)。如果一旦處于直立狀態(tài)則啟動車模直立控制、方向控制以及速度控制。程序在主循環(huán)中不停發(fā)送監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，在通過串口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)檢查車模是否跌倒。跌倒判斷可以通過車模傾角是否超過一定范圍進(jìn)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。一定車模跌倒，則停止車模運(yùn)行。包括車模直立控制、速度控制以及方向控制。然后重新進(jìn)入車模直立判斷過程。車模的直立控制、速度控制以及方向控制都是在中斷程序中完成。通過全局標(biāo)志變量確定是否進(jìn)行這些閉環(huán)控制。中斷程序框架如圖 所示。圖 中斷服務(wù)程序框架圖 中，使用一個(gè)定時(shí)器，產(chǎn)生一毫秒的周期中斷。中斷服務(wù)程序的任務(wù)被均勻分配在04 的中斷片段中。因此每個(gè)中斷片段中的任務(wù)執(zhí)行的頻率為200Hz。將任務(wù)分配到不同的中斷片段中，一方面防止這些任務(wù)累積執(zhí)行時(shí)間超過 1 毫秒，擾亂一毫秒中斷的時(shí)序，同時(shí)也考慮到這些任務(wù)之間的時(shí)間先后順序。這些任務(wù)包括：（1）電機(jī)測速脈沖計(jì)數(shù)器讀取與清除。累積電機(jī)轉(zhuǎn)動角度。累積電機(jī)速度，為后面車模速度控制提供平均數(shù)；（2）啟動AD 轉(zhuǎn)換。由于AD 轉(zhuǎn)換啟動到完成需要一定時(shí)間。所以讀取AD 轉(zhuǎn)換在下一個(gè)時(shí)間片段中。（3）讀取AD 轉(zhuǎn)換值。這些值包括有陀螺儀、加速度計(jì)數(shù)值、電磁場檢測電壓值等。讀取完畢之后，便進(jìn)行車模直立控制過程。包括車模角度計(jì)算、直立控制計(jì)算、電機(jī)PWM 輸出等。（4）車模速度控制：在這個(gè)時(shí)間片段中，又進(jìn)行019 計(jì)數(shù)。在其中第0 片段中，進(jìn)行速度PID 調(diào)節(jié)。因此，速度調(diào)節(jié)的周期為100 毫秒。也就是每秒鐘調(diào)節(jié)10 次。（5）車模方向控制：根據(jù)前面讀取的電磁場檢波數(shù)值，計(jì)算偏差數(shù)值。然后計(jì)算電機(jī)差?？刂齐妷簲?shù)值。 單片機(jī)資源配置1）毫秒定時(shí)中斷：TI1硬件模塊：TMR2_Compare中短周期：Period:1ms觸發(fā)事件：Event:Interrupt2）電機(jī)ＰＷＭ輸出控制：PWMC1硬件模塊：PWM_Timer輸出頻率：Frequence:10Khz輸出模式：PWM0,1,2,3 Independent死區(qū)時(shí)間：Dead Time:0 3）ADC 采集通道：ADC硬件模塊：ANA0,1,ANB0,1數(shù)值范圍：Range:0 0x7ff0轉(zhuǎn)換時(shí)間：Conversion Time:采集模式：Mode: Sequency轉(zhuǎn)換分辨率：Resolution:12bit4）電機(jī)測速脈沖計(jì)數(shù)器：Counter1硬件模塊：TMR0計(jì)數(shù)范圍：16bit信號觸發(fā)沿：Rising Edge5）電機(jī)測速脈沖計(jì)數(shù)器：Counter2硬件模塊：TMR1計(jì)數(shù)范圍：16bit信號觸發(fā)沿：Rising Edge6） 監(jiān)控 UART 串口硬件模塊 SCI通訊速率：Baud:117647（實(shí)際值）7）讀取MMA8452Q 的I2C 總線（備用）硬件模塊：I2C中斷模式：Interrupt Service:DisableI2C 地址：Address:4c 通訊速率：SCL Frequency:200kHz 主要算法及其實(shí)現(xiàn)主程序框架、中斷程序框架中的各個(gè)主要子程序功能及其程序電機(jī) PWM 輸出子程序包括兩個(gè)子程序：第一個(gè)程序：SetMotorVoltage設(shè)置四個(gè)PWM 輸出數(shù)值。函數(shù)輸入?yún)?shù)：nLeftVol，nRightVol：分別表示左右兩個(gè)電機(jī)輸出電壓數(shù)值。取值范圍：0x8000 至 0x7fff：代表定點(diǎn)小數(shù) 。正負(fù)號表示電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 所示。void SetMotorVoltage(int nLeftVol, int nRightVol) {short nPeriod。nPeriod = (short)getReg(PWM_PWMCM)。if(nLeftVol 0) {setReg(PWM_PWMVAL0, 0)。nLeftVol = mult(nLeftVol, nPeriod)。setReg(PWM_PWMVAL1, nLeftVol)。} else {nLeftVol = nLeftVol。setReg(PWM_PWMVAL1, 0)。nLeftVol = mult(nLeftVol, nPeriod)。setReg(PWM_PWMVAL0, nLeftVol)。}if(nRightVol 0) {setReg(PWM_PWMVAL3, 0)。nRightVol = mult(nRightVol, nPeriod)。setReg(PWM_PWMVAL2, nRightVol)。} else {setReg(PWM_PWMVAL2, 0)。nRightVol = nRightVol。nRightVol = mult(nRightVol, nPeriod)。setReg(PWM_PWMVAL3, nRightVol)。} }程序 電機(jī)PWM 輸出子程序這個(gè)子程序 由下面的第二個(gè)程序調(diào)用。第二個(gè)子程序：MotorSpeedOut()它的輸入?yún)?shù)為兩個(gè)全局變量：g_nLeftMotorOut, g_nRightMotorOut。分別表示左右兩個(gè)電機(jī)輸出電壓。取值范圍： 0x7ff 至 0x7ff。輸出參數(shù)：調(diào)用 MOTOR_SET()實(shí)際上就是上面的子程序。該程序主要功能為包括：（1） 在輸出數(shù)值上添加克服死區(qū)的數(shù)值，利用宏定義MOTOR_OUT_DEAD_VAL（缺省為1000）表示。這個(gè)數(shù)值需要通過實(shí)驗(yàn)確定。對于電機(jī)施加比較小的電壓時(shí)，由于存在靜摩擦力，車模實(shí)際上是不運(yùn)動的。因此，在輸出的時(shí)候，需要根據(jù)輸出的數(shù)值，增加一個(gè)固定量，克服靜摩擦力，使得車模運(yùn)行比較平穩(wěn)。 所示。 電機(jī)死區(qū)補(bǔ)償（2） 進(jìn)行輸出數(shù)值的飽和判斷，確保在調(diào)用MOTOR_SET 的時(shí)候，輸入?yún)⒘吭?x8000 至0x7fff 之間。 程序 代碼。void MotorSpeedOut(void) {int nLeftVal, nRightVal。nLeftVal = g_nLeftMotorOut。nRightVal = g_nRightMotorOut。if(nLeftVal 0) nLeftVal += MOTOR_OUT_DEAD_VAL。else if(nLeftVal 0) nLeftVal = MOTOR_OUT_DEAD_VAL。if(nRightVal 0) nRightVal += MOTOR_OUT_DEAD_VAL。else if(nRightVal 0) nRightVal = MOTOR_OUT_DEAD_VAL。if(nLeftVal MOTOR_OUT_MAX) nLeftVal = MOTOR_OUT_MAX。if(nLeftVal MOTOR_OUT_MIN) nLeftVal = MOTOR_OUT_MIN。if(nRightVal MOTOR_OUT_MAX) nRightVal = MOTOR_OUT_MAX。if(nRightVal MOTOR_OUT_MIN) nRightVal = MOTOR_OUT_MIN。nLeftVal = nLeftVal 4。nRightVal = nRightVal 4。MOTOR_SET(nLeftVal, nRightVal)。}程序 電機(jī)速度輸出子程序這個(gè)子程序由車模直立控制子程序調(diào)用，每 5ms 調(diào)用一次。模擬電壓采集及車模傾角計(jì)算子程序本程序讀取AD 采用數(shù)值，然后計(jì)算車模的傾角。對于讀取的陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)值需要減去零偏值。這個(gè)數(shù)值需要通過實(shí)驗(yàn)確定。在車模保持直立靜止時(shí)，讀出兩個(gè)通道的數(shù)值，便是相應(yīng)的零偏值。這個(gè)數(shù)值會帶有一定的誤差，往往會使得車模往一個(gè)方向加速行駛。這個(gè)誤差可以通過后面的速度控制加以消除。對于加速度計(jì)所得到的數(shù)值，通過比例系數(shù)(CV_ACCE_ANGLE_RATIO)將它歸一化到1000 至1000 之間。同樣，后面的陀螺儀的讀出的數(shù)據(jù)也需要通過一個(gè)比例系數(shù)進(jìn)行歸一化。這個(gè)數(shù)值也是通過實(shí)驗(yàn)確定的。具體的方式為：對于陀螺儀的輸出進(jìn)行積分，將車模由垂直狀態(tài)放置為水平狀態(tài)，得到積分的數(shù)值。與1000 相比較，便可以得到歸一化的比例系數(shù)。由于本函數(shù)調(diào)用的時(shí)間周期為 5ms。為了不損失積分的精度，使用一個(gè)長整型數(shù)字(g_lnCarAngleSigma)進(jìn)行積分。對于數(shù)值通過右移10 位（相當(dāng)于除以1024）得到最終的角度值。因此前面的CAR_GYRO_RATIO_INT 也是需要考慮到這個(gè)比例的。AD 配置的時(shí)候，將所有AD 通道的輸入數(shù)據(jù)都?xì)w一化到0至0x7ff0 之間。所以在下面程序中，所有的常量定義都是根據(jù)這個(gè)范圍確定的.程序 代碼：void CarVoltageGet(void) {long lnDeltaValue。ADC_GetValue16(g_nCarVoltage)。lnDeltaValue = (int)CV_ACCE_VAL。lnDeltaValue = lnDeltaValue (int)CV_ACCE_OFFSET。g_nCarAcceVal = (int)lnDeltaValue。g_nCarAcceVal = mult_r(g_nCarAcceVal, CV_ACCE_ANGLE_RATIO)。g_nCarGyroVal = (int)CV_GYRO_VAL。g_nCarGyroVal = (int)(g_nCarGyroVal CV_GYRO_ZERO)。g_nCarGyroVal = mult_r(g_nCarGyroVal, CAR_GYRO_RATIO_INT)。g_nCarAngle = (int)(g_lnCarAngleSigma 10)。 //.....lnDeltaValue = g_nCarAcceVal g_nCarAngle。lnDeltaValue = lnDeltaValue * CAR_ACCE_RATIO。g_lnCarAngleSigma += (g_nCarGyroVal + lnDeltaValue)。}程序 車模傾角計(jì)算子程序車模直立控制子程序車模直立控制是關(guān)鍵子程序。其中涉及到兩個(gè)關(guān)鍵控制系數(shù)：k1:CAR_AA_P_INT： 傾角比例， （*0x7fff）k2:CAR_AA_D_INT：角速度比例，（*0x7fff）這兩個(gè)系數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試逐步確定的。具體確定的方式如下：首先將 CAR_AA_D_INT 置為0。逐步加大CAR_AA_P_INT 數(shù)值，直到車模開始前后震蕩。此時(shí)再逐步增大CAR_AA_D_INT，消除震蕩。然后逐步增加這兩個(gè)數(shù)值，直到車模開始抖動，然后略減少這兩個(gè)數(shù)值即可。這個(gè)過程需要反復(fù)調(diào)整，直到車?？梢员容^穩(wěn)定的達(dá)到直立平衡。由于現(xiàn)在還沒有加入速度閉環(huán)，所以由于加速度傳感器零偏的誤差，會導(dǎo)致車模在直立的時(shí)候會往一個(gè)方向加速行駛。：void CarAngleAdjust(void) {int nLeft, nRight。int nSpeed。int nP, nD。nP = g_nCarAngle。nP = (int)mult_r(nP, CAR_AA_P_INT)。nD = g_nCarGyroVal 5。nD = (int)mult_r(nD, CAR