大學(xué)生科技創(chuàng)新項目-電車車身安全系統(tǒng)研究報告-資料下載頁
2025-04-23 00:24本頁面
【正文】 后對系統(tǒng)的控制信號反饋電路的設(shè)計進行了分析，并根據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖分析了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計過程。第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 測距傳感器信號的讀取在一個測距周期內(nèi)，控制系統(tǒng)要完成對八個超聲波測距傳感器ECHO端高電平時間的計數(shù)，stm32單片機每個通用定時器可通過對應(yīng)四個輸入捕獲引腳對四路信號脈寬計時，因此需要使用兩個通用定時器對八路信號捕獲。我們按照傳感器探測障礙物的方向?qū)寺穫鞲衅鞣譃閮山M，一組為直向安裝方向，編號分別為1，3，5，7，另一組為斜向安裝方向，編號分別為2，4，6，8。要用一個定時器對四路信號脈寬計時，考慮到四個傳感器工作不同步，即輸出脈寬起始點不在同一時刻，就必須要輪流對脈寬計時。以讀取1，3，5，7號傳感器數(shù)據(jù)為例，要讀取數(shù)據(jù)就要先觸發(fā)傳感器，這四路傳感器都要經(jīng)過觸發(fā)和接收信號才算完成一個方向的測距。為此，程序中定義一個標志變量flag，初始值為1，表示系統(tǒng)初始化后先啟動1號傳感器，啟動程序如圖51。接著MCU輸入捕獲上升沿中斷被觸發(fā)并對脈寬計時，捕獲結(jié)束后將執(zhí)行圖53所示的程序，該段程序包含距離計算和狀態(tài)標志位清零以及flag賦值的操作。flag的值被置為下一次要啟動傳感器的編號，同時，MCU執(zhí)行到圖52的傳感器輪流觸發(fā)程序時，將給對應(yīng)的TRIG端發(fā)送觸發(fā)信號。如此輪流啟動四路傳感器測距，測得的距離值將參與系統(tǒng)算法的輸入數(shù)據(jù)流，被用于后續(xù)處理。 測速傳感器信號的讀取在一個轉(zhuǎn)速測量周期內(nèi)，控制系統(tǒng)要對霍爾傳感器模塊的DO端輸出信號的相鄰兩個下降沿的時間計時，即當磁鐵到達霍爾元件感應(yīng)區(qū)時，DO端產(chǎn)生下降沿，MCU輸入捕獲端口產(chǎn)生下降沿中斷，定時器開始計時，下一次磁鐵到達霍爾元件感應(yīng)區(qū)時，定時器停止計時，該段時間即為磁鐵轉(zhuǎn)動一周所用的時間。用圖54所示的測速計時乘程序測量最終的轉(zhuǎn)過一周的時間temp_V，其中包含定時器溢出次數(shù)與一次最大計數(shù)長度乘積與最后一次計數(shù)長度之和（時間單位：us），程序預(yù)先為D_circle設(shè)置了宏定義，其表示磁鐵回轉(zhuǎn)圓的直徑，單位為毫米，若磁鐵固定于車輪邊緣，則由此可計算出車輪邊緣的線速度，進一步估算出模型車前進速度。其中，程序里面同樣定義了標志變量flagDWV，其作用與MCU輪流對超聲波傳感器數(shù)據(jù)讀取類似，該變量用作 TIM3輪流對駕駛者控制電路的兩路電機信號脈寬以及測速傳感器DO端口兩相鄰下降沿間時間寬度計時的標志，如本部分程序所示，flagDWV被置為6時才能執(zhí)行測速程序，完成后再把其置為2，用于下一個周期輪流對兩路電機控制信號脈寬計時。 反饋控制信號的讀取本部分程序用于獲取反饋控制信號，即對駕駛者控制電路的兩路電機信號脈寬進行測量，以判斷出駕駛者操作車輛時車輛的運動狀態(tài)。程序中的temp_W與temp_D用于存放測得的反饋控制信號脈寬值，后續(xù)的算法控制程序?qū)ζ渲颠M行判斷并得出當前車身的運動狀態(tài)。其中使用TIM3的通道1和2分別對兩路反饋控制信號脈寬計時，同樣使用flagDWV作為程序段執(zhí)行的標志，系統(tǒng)初始化時其值為2，即首先測量無刷電機控制信號的脈寬。 電機控制信號輸出在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，使用MCU的TIM1的CH1和CH4來產(chǎn)生兩路電機控制信號，MPWM1和MPWM4作為程序算法執(zhí)行后的輸出數(shù)據(jù)，將被作為圖56所示的函數(shù)的參數(shù)，用于產(chǎn)生兩路與對應(yīng)參數(shù)值相同的脈寬長度的PWM信號，分別由PA8和PA11兩個引腳輸出。該函數(shù)置于主程序末尾，以便在一個算法程序執(zhí)行周期結(jié)束時獲取計算得的脈寬數(shù)值。 該函數(shù)即為定時器自動重裝載值的函數(shù)，在定時器程序配置時已將計數(shù)模式設(shè)置為向上計數(shù)模式，即通過給自動重裝載值CCR賦值MCU便可產(chǎn)生脈寬與該值相同的PWM信號，圖56所定義的函數(shù)即執(zhí)行上述操作。 算法的軟件實現(xiàn)系統(tǒng)算法的程序是根據(jù)算法流程圖來編寫的，首先要依賴于測得的兩個代表車身狀態(tài)的參數(shù)PWW和PWD，在程序里分別對應(yīng)于temp_W和temp_D，便可在程序里進一步判斷判斷出車身狀態(tài)（變量名含義見第三章中對流程圖的解釋）?；趯D57部分程序的判斷，便能根據(jù)對應(yīng)變量的值來執(zhí)行對應(yīng)算法的程序?，F(xiàn)已車身前進狀態(tài)下的為例，對其中的部分算法程序進行闡述。圖58為車身前進狀態(tài)下部分算法的執(zhí)行程序，其中GST為1時表示車身為前進直行狀態(tài)，此時要比較車速與前置測距傳感器數(shù)據(jù)的比值與安全系數(shù)的大小。若滿足條件，則安全系統(tǒng)對駕駛者控制系統(tǒng)進行干預(yù)，MCU輸出所需的控制信號。同時，程序要檢測駕駛者是否有正確的操作，若有則關(guān)閉繼電器，也即停止對駕駛者的干涉。 當車身處于前進轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時，判斷車輛是否右轉(zhuǎn)，即判斷temp_D是否大于1400，然后判斷v與distance2之比是否大于安全系數(shù)，若是，控制系統(tǒng)則執(zhí)行對駕駛系統(tǒng)的干涉操作，并控制驅(qū)動電機減速，同樣要在此過程中判斷是否有駕駛者執(zhí)行正確操作。在車身處于前進轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時，也要執(zhí)行檢測車輛左右兩側(cè)是否有障礙物威脅，準備執(zhí)行減速停車操作。 本章小結(jié)本章首先從各個傳感器數(shù)據(jù)的讀取以及對反饋控制信號的讀取等方面詳細解釋了程序設(shè)計的關(guān)鍵點，其次對電機控制信號輸出的程序設(shè)計規(guī)則及步驟做了介紹，最后根據(jù)算法流程圖的原則對系統(tǒng)算法的軟件實現(xiàn)過程作了詳細解釋，整章各方面的內(nèi)容都是系統(tǒng)的程序設(shè)計的關(guān)鍵組成部分。結(jié)論經(jīng)過系統(tǒng)總體方案的設(shè)計，確定出模型車的比例以及結(jié)構(gòu)和電機配置，即確定出最終的實驗平臺。根據(jù)項目對目標功能的要求，設(shè)計出保證車身安全的控制算法，并在實驗平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計了安全系統(tǒng)的硬件電路以及軟件。最終將整體電路進行連接，在車身上安裝傳感器以及必要的配件，并根據(jù)目的功能的指示，對電車車身安全系統(tǒng)進行實際運行調(diào)試，并尋找和分析其中的問題。經(jīng)過反復(fù)的運行調(diào)試，最終糾正了其中的眾多問題。最終的電車車身安全系統(tǒng)的模型車實驗平臺見下圖，其中包含系統(tǒng)硬件電路板，單片機最小系統(tǒng)板，八方向測距傳感器，測速傳感器，兩路繼電器，以及無刷電機電調(diào)和舵機。
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