【正文】 =~ HAVE_NEW_VELOCITY。) { if (g_Flagamp。 g_CurrentVelocity=0。 TIM_Init()。 //返回增量值}////主函數(shù)//void main(void){ int PWM_Value。 //增量計(jì)算 iIncpid = sptrProportion * iError //E[k]項(xiàng) sptrIntegral * sptrLastError //E[k－1]項(xiàng) + sptrDerivative * sptrPrevError。 //積分常數(shù)Integral Const sptrDerivative =D_DATA。 //PWM使能} ////PID參數(shù)初始化//void PID_Init(void){ sptrLastError = 0。 PWMCNT01 = 0。CH2367選擇clock SB做時(shí)鐘源 PWMPER01=12000。ClockB 8分頻=BusClock/8=6MHz PWMSCLA = 0x03。 //CH0245級(jí)聯(lián)成16位PWM； PWMCAE = 0x00。PITTIME* PITINTE_PINTE0=1。 //定時(shí)器通道0使能 PITMTLD0=2401。 //使能PA,門(mén)計(jì)數(shù)模式,上升沿,中斷禁止 0101 0000 //TIE = 0x03。 //OC7與邏輯通道斷開(kāi) TCTL4 = 0x09。 while(0==CRGFLG_LOCK)。 REFDV=0X80 | 0X01。unsigned char vTmpPIT=0。 //速度int g_Flag。////聲明PID實(shí)體//static PID sPID。 //積分常數(shù)Integral Const double Derivative。但是仍有許多地方需要完善，比如如果采用攝像頭CCD傳感器會(huì)使前瞻距離更大，能更快檢測(cè)到賽道，使小車(chē)能提前控制轉(zhuǎn)向，減小滯后性，快速平穩(wěn)的行駛完賽道等等。比如PWM一個(gè)周期的脈沖數(shù)，原本定為800，那么正反轉(zhuǎn)電機(jī)的可調(diào)范圍就有400個(gè)脈沖，同時(shí)也減少了單片機(jī)的工作量。 要多試多跑。在CodeWarrior 界面完成程序編譯后，通過(guò)BDM工具，將程序下載到MC9S12XSG128微處理器中，然后進(jìn)行小車(chē)的調(diào)試。 調(diào)試過(guò)程、基本功能，并有針對(duì)性地學(xué)習(xí)和掌握這次小車(chē)上用到的幾個(gè)模塊，重點(diǎn)掌握的模塊有PWM、定時(shí)器模塊、電源模塊等。經(jīng)過(guò)這樣的改進(jìn)后，測(cè)試時(shí)小車(chē)確實(shí)沒(méi)有再出現(xiàn)上述情況了，問(wèn)題得到了有效地解決。若小車(chē)撞倒東西無(wú)法前進(jìn)時(shí)，電機(jī)會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，這對(duì)電機(jī)、對(duì)驅(qū)動(dòng)電路都非常不利。為檢驗(yàn)該模塊功能正常，可以在軟件控制單片機(jī)往該模塊發(fā)送預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)，如果接收端的無(wú)線模塊接收的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)一致，則表明該模塊的功能正常。 PWM模塊調(diào)試為檢驗(yàn)PWM模塊子程序，可以編寫(xiě)PWM 波形子程序來(lái)控制波形占空比，周期，相位的波形。車(chē)速的計(jì)算公式如式(51)所示： ()式中(d為后輪直徑，n為采樣時(shí)間內(nèi)PT0捕獲的脈沖數(shù)，T為采樣周期)。PT0采用8位輸入脈沖累加模式對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)(幾十個(gè)到幾千個(gè)都有)，和供電電壓等。設(shè)定單片機(jī)的ECT模塊為脈沖累加功能，檢測(cè)信號(hào)的上升沿，就能采集這些脈沖，便得到得到當(dāng)前的車(chē)速。比較以上4 種方案，考慮到系統(tǒng)的可靠性，首先排除霍爾元件方案，因?yàn)橹骱筝唫鲃?dòng)齒輪為塑料質(zhì)地，打孔比較危險(xiǎn)。(2)光電傳感器在主驅(qū)動(dòng)齒輪表面附上黑白間隔的彩帶，將反射型光電傳感器安裝在齒輪附近，當(dāng)黑白彩帶交替通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生一系列電脈沖，由此獲取轉(zhuǎn)動(dòng)角度。圖31 驅(qū)動(dòng)電路原理圖圖32 驅(qū)動(dòng)電路PCB圖圖33 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖 速度檢測(cè)模塊方案的對(duì)比與選擇速度檢測(cè)電路的基本原理為：在很短的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)光電傳感器來(lái)測(cè)量固定在后輪的軸上的碼盤(pán)通過(guò)的孔數(shù)，輸送到單片機(jī)的脈沖累加器外部引腳，經(jīng)過(guò)換算計(jì)算出智能車(chē)的實(shí)際速度，為速度PID控制環(huán)節(jié)提供可靠的數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)芯片是噪聲元件,容易造成反向電流,很有可能反向電流會(huì)擊穿I/O口，所以加上74LS244B作為隔離芯片更為妥當(dāng)。BTS7970B驅(qū)動(dòng)芯片如圖28所示。BTS7970B是一款針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的完全集成的大電流半橋芯片。BTS7970B電路圖如圖27所示，其中，PWM1_OUT為0時(shí)，PWM2_OUT輸出脈沖，電機(jī)正轉(zhuǎn)，智能車(chē)加速；PWM2_OUT為0時(shí)，PWM1_OUT輸出脈沖，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車(chē)剎車(chē)。圖26 MOS管組成的全橋驅(qū)動(dòng)原理圖 BTS7970B組成的全橋驅(qū)動(dòng)采用兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)芯片BTS7970B構(gòu)建的全橋驅(qū)動(dòng)電路，它具有內(nèi)阻小、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。為了提高了驅(qū)動(dòng)能力的，增加智能車(chē)加減速性能，驅(qū)動(dòng)提供的電流必須足夠。在現(xiàn)有的速度控制策略基礎(chǔ)上加入剎車(chē)功能，本文將智能車(chē)速度控制策略設(shè)定為： ()根據(jù)PID控制規(guī)律對(duì)賽車(chē)前輪轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制，糾正其與賽道中心的橫向位移和夾角，加入非線性比例控制，使賽車(chē)穩(wěn)定地通過(guò)不同的彎道，尤其對(duì)蛇形彎道進(jìn)行了優(yōu)化，提高了賽車(chē)的成績(jī)。高速運(yùn)行的賽車(chē)剎車(chē)時(shí)，對(duì)電機(jī)施加一個(gè)反向電流，在電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)發(fā)生反向，使轉(zhuǎn)子收到很大的磁力矩作用，迅速減速并反轉(zhuǎn)。使用該方法需要增加兩個(gè)伺服電機(jī)，如果左右剎車(chē)量不一致，賽車(chē)就會(huì)發(fā)生偏移，所以需要對(duì)左右輪車(chē)速進(jìn)行分別測(cè)試，并結(jié)合賽車(chē)轉(zhuǎn)向情況綜合計(jì)算，系統(tǒng)較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。圖24 黑線位置和給定速度的二次函數(shù)曲線 剎車(chē)功能的實(shí)現(xiàn)理想的賽車(chē)速度控制應(yīng)當(dāng)是直道上賽車(chē)以極限速度全速運(yùn)行，在入彎的瞬間將速度降至通過(guò)該彎道安全車(chē)速，出彎后立即以極限速度運(yùn)行。但是，該方法存在一定的局限。 ()使用BangBang控制結(jié)合PID，賽車(chē)速度能被準(zhǔn)確地控制在設(shè)定速度上，時(shí)間響應(yīng)快。 速度的閉環(huán)控制 閉環(huán)速度控制賽車(chē)在賽道上隨不同賽道情況負(fù)載隨時(shí)變化，如果單純地給定固定的PWM占空比進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，因此使用開(kāi)環(huán)控制調(diào)速效果較差。 舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制對(duì)舵機(jī)的閉環(huán)控制，一開(kāi)始是選擇恒定P參數(shù)對(duì)小車(chē)進(jìn)行控制，小車(chē)在跑動(dòng)過(guò)程中，在直線上左右抖動(dòng)很?chē)?yán)重，彎道轉(zhuǎn)向不足等問(wèn)題。PID 參數(shù)的整定方法有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。控制增量△u(k)的確定僅與最近 k 次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過(guò)加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。 增量式PID控制算法對(duì)位置式加以變換，可以得到PID算法的另一種實(shí)現(xiàn)形式(增量式)： ()在實(shí)際代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)，處理成： ()增量式 PID 具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法關(guān)掉。數(shù)字 PID 控制算法通常分為位置式 PID 控制算法和增量式 PID 控制算法。PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：及時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制。 PID控制算法介紹在工程實(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，簡(jiǎn)稱(chēng) PID控制，又稱(chēng) PID 調(diào)節(jié)。利用這個(gè)原理，在第一次搜索左右兩邊的黑線時(shí)，使用全掃描，從左邊第一個(gè)像素點(diǎn)到右邊最后一個(gè)像素點(diǎn)，分別記錄兩邊黑線內(nèi)側(cè)的位置?？梢哉f(shuō)道路識(shí)別模塊相當(dāng)于小車(chē)的眼睛。主程序和中斷子程序框圖分別如圖19所示和圖20所示。 Memory：顯示內(nèi)存數(shù)值。 Data1：顯示程序中的靜態(tài)變量。圖16 程序擦寫(xiě)窗口圖17 Debug操作執(zhí)行成功圖18 Unsecure操作成功 程序調(diào)試Hiwave 具有豐富的調(diào)試功能，在本車(chē)的調(diào)試過(guò)程中配合電視機(jī)的使用幾乎不需要使用別的上位機(jī)軟件。下載程序之前必須通過(guò)Hiwave對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，否則會(huì)使Flash擦除不成功，甚至導(dǎo)致Flash保護(hù)等錯(cuò)誤。也可以通過(guò)單擊【TBDML HCS12】菜單的【Select Derivative】實(shí)現(xiàn)。然后選擇OK，設(shè)置完成該項(xiàng)參數(shù)。Hiwave程序啟動(dòng)如圖12所示。該軟件包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE，處理器專(zhuān)家?guī)?、全芯片仿真、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目管理器、C交叉編譯器、匯編器、連接器及調(diào)試器等（hunter_xiaobao，2012）。大獎(jiǎng)賽中使用的舵機(jī)也是用PWM來(lái)控制的。它在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、D/A變換等場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用。圖11 最小系統(tǒng)板圖 功能模塊簡(jiǎn)介PWM(Pulse Width Modulate)模塊：PWM調(diào)制波有8個(gè)輸出通道，每個(gè)通道都可以獨(dú)立的進(jìn)行輸出。復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)低電壓信號(hào)給MC9S12XS128的RESET端，使系統(tǒng)上電啟動(dòng)。BDMOUT接口是當(dāng)開(kāi)發(fā)上的應(yīng)用程序?yàn)锽DM調(diào)試器程序時(shí)，此接口可以用做BDM調(diào)試器的輸出口。(1)時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供一個(gè)外接的16HZ的石英晶振。MC9S12XS128有2個(gè)具有位輸入信號(hào)沿產(chǎn)生中斷、喚醒CPU功能的8位并行口，即16個(gè)位輸入通道，這16位也可以設(shè)為輸出。MC9S12XS128有兩個(gè)8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器。S12X系列單片機(jī)目前又有幾個(gè)子系列：MC9S12XA系列、MC9S12XB系列、MC9S12XD系列、MC9S12XE系列、MC9S12XF系列、MC9S12XH系列和MC9S12XS系列。 主控芯片MC9S12XS128簡(jiǎn)介Freescale公司的16位單片機(jī)主要分為HC1HCS1HCS12X三個(gè)系列。 for HCS12軟件。在模糊算法與PID算法中，本文最后選取的是PID算法，雖然模糊算法是一種很好的算法，正如上文所述，但是模糊算法需要較多的時(shí)間來(lái)調(diào)試和總結(jié)，才能達(dá)到理想的效果。直道上采用最高速加速，在進(jìn)入彎道之前提前進(jìn)行減速，減至過(guò)彎的極限最高車(chē)速，對(duì)于不同半徑的彎道，選擇不同的車(chē)速。它無(wú)需知道被控對(duì)象的精確模型，也不必考慮對(duì)象的模型過(guò)于復(fù)雜。換言之，當(dāng)黑線不在賽車(chē)中央的時(shí)候，賽車(chē)即產(chǎn)生了一個(gè)水平偏差，此時(shí)應(yīng)用PID控制算法來(lái)消除這個(gè)水平偏差，從而達(dá)到讓黑線保持在賽車(chē)中央的目的。PID控制器本身是一種基于過(guò)去，現(xiàn)在和將來(lái)對(duì)信息進(jìn)行估計(jì)的簡(jiǎn)單控制法。該時(shí)間延遲使得模型車(chē)的動(dòng)態(tài)性能變差，甚至使得模型車(chē)沖出跑道，該特性在設(shè)計(jì)算法時(shí)應(yīng)該特別重視。合理選擇比例值的大小即可達(dá)到恒值無(wú)偏差調(diào)節(jié)，同時(shí)又可以將跟隨調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)誤差減小到足夠小，滿(mǎn)足小車(chē)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。首先，當(dāng)模型車(chē)近似沿著道路中心線運(yùn)行時(shí)，改變舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角即可改變模型車(chē)前輪轉(zhuǎn)向，并改變模型車(chē)與道路中心線的相對(duì)位置，位置的改變量近似等于舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的隨著距離的積分。模型車(chē)控制系統(tǒng)一般可看作隨動(dòng)系統(tǒng)，使得模型車(chē)跟隨道路的變化而運(yùn)行，另一方面，模型車(chē)在走直線或蛇形線時(shí)，也可以看作一個(gè)恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠跟隨道路變化而更加平穩(wěn)快速的運(yùn)行。此外，系統(tǒng)還完成了對(duì)加長(zhǎng)轉(zhuǎn)臂舵機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)與車(chē)速的配合控制。智能車(chē)行進(jìn)過(guò)程中，從長(zhǎng)直道進(jìn)入連續(xù)彎道時(shí)，由于曲率變化很小，此時(shí)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值較大，加之舵機(jī)響應(yīng)時(shí)間的限制，智能車(chē)極易脫離軌跡。(2)當(dāng)小車(chē)遇到十字交叉路段或是脫離軌跡等特殊情況時(shí)，智能車(chē)應(yīng)當(dāng)保持與上次正常情況一致的方向行駛，速度則相應(yīng)降低。通過(guò)控制算法對(duì)賽車(chē)發(fā)出控制命令，通過(guò)轉(zhuǎn)向舵機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)賽車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。(4)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)模型車(chē)上的舵機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，達(dá)到快速準(zhǔn)確控制賽車(chē)方向。(1)中央處理器單元中央處理器采用MC9S12XS128芯片，以運(yùn)算速度很快的CPU12內(nèi)核為核心的單片機(jī)，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)后，時(shí)鐘頻率可達(dá)到64MHz，內(nèi)部Flash高至128KB，擁有2組各8路10位A/D、16路I/O口，有功能強(qiáng)大的8位PWM輸出共8路，以及8路16位增強(qiáng)型定時(shí)器(ECT)。單片機(jī)必須把路徑的判斷、相應(yīng)的轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)控制以及直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制精密地結(jié)合在一起。圖4 第七屆飛思卡爾智能車(chē)大賽光電組小車(chē)圖5 第五屆飛思卡爾智能車(chē)大賽攝像頭組小車(chē)圖6 第七屆飛思卡爾智能車(chē)大賽電磁組小車(chē)2 智能小車(chē)控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)控制系統(tǒng)既要滿(mǎn)足隨動(dòng)系統(tǒng)要求，也要滿(mǎn)足恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求。比賽計(jì)時(shí)由電子計(jì)時(shí)器完成并實(shí)時(shí)在屏幕顯示，最終成績(jī)?nèi)Q于賽車(chē)最快單圈時(shí)間、技術(shù)報(bào)告評(píng)分以及賽車(chē)沖出賽道次數(shù)的綜合評(píng)判。韓國(guó)現(xiàn)代公司自2004年開(kāi)始免費(fèi)捐贈(zèng)了一輛轎車(chē)作為賽事的特等獎(jiǎng)項(xiàng)。圖2 “途銳”行駛圖韓國(guó)大學(xué)生智能模型車(chē)競(jìng)賽是韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)汽車(chē)控制實(shí)驗(yàn)室在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下舉辦的以 HCS12單片機(jī)為核心的大學(xué)生課外科技競(jìng)賽。圖1 “斯坦利”行駛圖2006年德國(guó)舉辦了歐洲陸地機(jī)器人競(jìng)賽(European Land Robot Trial，簡(jiǎn)稱(chēng)(ELROB)),德國(guó)的