【正文】 2）PLC 將這三個(gè)量分別進(jìn)行處理，得到便于控制的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并保存在數(shù)據(jù)寄存器中。各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制的優(yōu)先級是相同的，小車執(zhí)行的是最近切換的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)遙控器按下停止鍵“■”時(shí)，小車立刻停止所有的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。通過遙控器可以直接控制智能小車的運(yùn)動(dòng)。程序的每一個(gè)循環(huán)都要對控制方式選擇開關(guān)進(jìn)行判斷。2）如果開關(guān)選中無線遙控方式，則系統(tǒng)進(jìn)入遙控控制狀態(tài)。指令助記符語言常用于手持編程器中，梯形圖語言則多用于計(jì)算機(jī)控制編程環(huán)境中。（2）指令助記符語言指令助記符語言類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，用一些簡潔易記的文字符號表達(dá) PLC 的各種指令。它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器” ， 每個(gè)“軟繼電器 ”僅對應(yīng) PLC 存儲(chǔ)單元中的一位。梯形圖語言表示的是一個(gè) PLC 控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線” 。其中，梯形圖語言和指令助記符語言是世界第一編程語言。總之，F(xiàn)PWINGR 軟件為用戶提供了程序錄入、編輯和監(jiān)控手段，是功能個(gè)分強(qiáng)大的 PLC 上位編程軟件。利用該編程軟件，可以在計(jì)算機(jī)上方便地輸入程序指令?！娴母呔葴囟瓤刂?； 最多可達(dá) 24ch 溫度控制； 掃描時(shí)間約 1ms 的高速運(yùn)算； 輸入信號：24VDC，輸出信號：220VAC、24VDC。其相關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下。 ：PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT 模塊。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。 4)編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 3)采用模塊化結(jié)構(gòu)西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對話的接口模塊。 2)豐富的 I/O 接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（1） PLC 的特點(diǎn)1）高可靠性 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 概述PLC 即可編程控制器（Programmable logic Controller） ，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。小車的總體的硬件配置如圖 322 所示。當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時(shí)，左轉(zhuǎn)彎燈交替地閃與滅。小車停止運(yùn)動(dòng)，并且相應(yīng)的報(bào)警喇叭與指示燈有相應(yīng)的輸出。圖 318 E40S8512N24 型的編碼器西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁圖 319 編碼器的接線示意圖圖 620 編碼器的 NPN 集電極開路輸出圖 321 編碼器的輸出波形 系統(tǒng)硬件配置在串口控制和無線遙控過程中，采用光電編碼器作為速度、行程的反饋；采用紅外反射傳感器，用來檢測障礙物。編碼器的輸出為 NPN 集電極開路輸出，具體電路如圖 320 所示。 旋轉(zhuǎn)編碼器由于小車在行走的過程中，沒有必要得出輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對位置信息，因此采用的是增量式編碼器。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A、B 和 Z 相；A、B 兩組脈沖相位差 90186。 圖 317 光電編碼器結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90186。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。而作為小車速度與行程反饋?zhàn)饔玫脑?，光電編碼器是最為常見的一種。但是由于小車運(yùn)動(dòng)環(huán)境的不同，小車自己機(jī)械的阻力和其它相關(guān)原因，PLC 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)的角度只是理論上的，而實(shí)際常駐機(jī)構(gòu)常與之有較大的差別。當(dāng)有障礙物時(shí)，XF 輸入口接通，觸發(fā) PLC 內(nèi)部的程序。與 PLC 的連接如圖 315 所示。輸入電源：DC 636V電流： 300mANPN 常開測試距離：30cm 可調(diào)。設(shè)定輸出電壓達(dá)到某一閾outV值時(shí)作為目標(biāo),不同的目標(biāo)距離閾值電壓是不同的。紅外反射光強(qiáng)法的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送經(jīng)紅外發(fā)光管發(fā)射,光敏管接收調(diào)制的紅外信號,原理如圖 312 所示。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N因素的影響,如反射表面的形狀、顏色、光潔度,日光、日光燈照射等不確定因素。 反射式紅外傳感器的原理圖 311 紅外反射光電傳感器原理紅外反射式光電傳感器特性與工作原理：反射式光電傳感器的光源有多種,常用的有紅外發(fā)光二極管,普通發(fā)光二極管,以及激光二極管,前兩種光源容易受到外界光源的干擾,而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中,傳感器只接收很窄的頻率范圍信號,不容易被干擾但價(jià)格較貴。因此其障礙物傳感器的測距有 30cm就能滿足要求。但是其控制方便，并且價(jià)格低。但時(shí)價(jià)格較高。超聲波傳感器：指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁U3TLP5214R90K+圖 310 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 紅外反射傳感器根據(jù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，智能小車要求有避障的功能，于是需要選擇并應(yīng)用一種傳感器。過熱信號還可通過引腳 9 輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 145 度時(shí)引腳 9 有輸出信號。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過電流閾值為 10A，當(dāng)超過該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。引腳 10 接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳 10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳 10 到引腳 2。通過充電泵電路為上橋臂的 2個(gè)開關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè) 300kHz 左右的工作頻率。內(nèi)部電路框圖 39 如圖所示。1）LMD18200 的主要性能 ： 6A，連續(xù)輸出電流達(dá) 3A； 55V； RDS(ON) typically per switch； ； “shootthrough” 電流； ； 145℃，結(jié)溫達(dá) 170℃時(shí)，芯片關(guān)斷； 。LMD18200 是美國國家半導(dǎo)體公司(NS)推出的專用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的 H 橋組件。當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向） 。當(dāng)三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向） 。圖 35 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 例如，如圖 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng) Q4 回到電源負(fù)極。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁（1）H 橋電路原理圖 中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。方案二：單極性工作制。方案一：雙極性工作制。鑒于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案三。由于可以用薔電池電源供電運(yùn)行，它還可以用作停電時(shí)的備用電動(dòng)機(jī)或在特殊環(huán)境中使用的電動(dòng)機(jī)。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁直流電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：(1)優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、精確、方便和范圍寬廣；(2)過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載；(3)可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速起動(dòng)、制動(dòng)相反轉(zhuǎn)；(4)能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不向的特殊運(yùn)行要求等特點(diǎn)。目前市場上用的電動(dòng)車，大多數(shù)都是采用直流電機(jī)的，因?yàn)樾铍姵靥峁┲绷麟姼鼮榉奖? 直流電機(jī)基本概念直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。速度反饋采用光電編碼器與 PLC 的高速計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。對于一些要求不是很高的系統(tǒng)來說，并不適合。 控 制 驅(qū) 動(dòng) 電 機(jī) 機(jī) 械測 量圖 33 電機(jī)負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（3）位置—速度雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)利用位置—速度雙閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)，其控制的精度能夠達(dá)到更高。因此，帶輸出量負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)具有提高系統(tǒng)抗擾性，改善控制精度的性能，廣泛用于各類自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中閉環(huán)系統(tǒng)方框圖西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁圖 32 負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來說，輸出量是轉(zhuǎn)速，通常引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，把系統(tǒng)的輸出量通過檢測裝置（傳感器）引向系統(tǒng)的輸入端，與系統(tǒng)的輸入量進(jìn)行比較，從而得到反饋量與輸入量之間的偏差信號。根據(jù)自動(dòng)控制原理，為了克服開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。如果生產(chǎn)機(jī)械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。在 PWM 系統(tǒng)中，只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 （2）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。（1）開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器的輸出沒有影響。直流電機(jī)的控制包括：方向的控制，速度的調(diào)節(jié)。（7）采用開關(guān)電源，通過 220V 市電轉(zhuǎn)換得到需要的 12V 直流電和 24V 直流電。（6）輔助功能。VRS（5）無線遙控只對固有的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、原地轉(zhuǎn)彎和停止等六種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行操作與控制，其運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)路徑的半徑都是事先設(shè)置好的。（3）控制方式：采用上位機(jī)控制、無線遙控兩種方式。（1）控制器采用松下 FP0 C32T。對于運(yùn)動(dòng)控制的研究來說，這種誤差可以忽略。在運(yùn)動(dòng)控制的過程中，存在一定的誤差。 小結(jié)通過前兩小節(jié)的分析可以得出，通過三個(gè)基本通信量：速度 、路徑半徑 、路徑VR行程 ，來實(shí)現(xiàn)智能小車的運(yùn)動(dòng)控制是可行的。車輪的直徑為 輪d，西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁???中 心RS （27）中 心 （28）則完成 S 的行程，左輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為： SRdLSdLn)21(2中 心輪輪 輪 中 心輪 輪左左 ???????? （29）右輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為： SRdLSdLSn)21(2中 心輪輪 輪 中 心輪 輪右右 ???????? （210）左輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為 左n對時(shí)間的一次微分：VRdLSn)21(中 心輪輪 中 心輪輪 左左 ?????? （211）西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁VRdLSn)21(中 心輪輪 中 心輪輪 右右 ?????? （212）V——車體的運(yùn)行速度。右輪運(yùn)動(dòng)的軌跡的長 2????LSR中 心 右右 （21）西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁此處 中 心R有正有負(fù)，如前所規(guī)定。小車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析：假設(shè)小車從 1D位置以半徑為 中 心R，以 點(diǎn)為圓心，運(yùn)動(dòng)到 2D位置，軌跡如圖 26 所示） 。圖 26 智能小車運(yùn)動(dòng)模型 運(yùn)動(dòng)模型數(shù)學(xué)分析為了代數(shù)計(jì)算上的方便，設(shè)順時(shí)針轉(zhuǎn)彎（即如圖中所示的右轉(zhuǎn)彎）時(shí)，半徑為正；逆時(shí)針轉(zhuǎn)彎（即如圖中所示的左轉(zhuǎn)彎）時(shí)，半徑為負(fù)。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)彎的過程中，其路徑的半徑是變化的。（1）直線運(yùn)動(dòng)在直線的運(yùn)動(dòng)情況下， 右左車 V?（2）原地轉(zhuǎn)動(dòng)原地轉(zhuǎn)