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2024-08-25 12:30本頁(yè)面
【正文】 ：采用熱探測(cè)器，電路簡(jiǎn)單，但易受外界干擾，不靈敏。在使用過(guò)程極易出現(xiàn)問(wèn)題，而且容易因?yàn)樵摬考斐烧麄€(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。BFD1000專門(mén)設(shè)計(jì)用作黑（白）線檢測(cè)的傳感器，特別適合復(fù)雜黑白線、交叉黑白線的檢測(cè)，它有六路高靈敏度的紅外傳感器（5 路巡線、1 路蔽障），能夠?qū)诎拙€準(zhǔn)確的識(shí)別。綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，我們選擇了方案三。方案二：采用分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛，但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。2. 理論分析與計(jì)算為了實(shí)現(xiàn)控制小車直立行走，我們假設(shè)小車直立、運(yùn)行的動(dòng)力均來(lái)自兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，且由兩個(gè)直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)。我們認(rèn)為，小車直立行走控制任務(wù)可以分解為平衡控制和速度控制兩個(gè)基本控制模塊，以下分別對(duì)這兩個(gè)控制模塊進(jìn)行建模分析與計(jì)算。保持車體平衡的方法就是控制輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，抵消其在這個(gè)維度上傾斜的趨勢(shì)。我們把小車簡(jiǎn)化為高度為，質(zhì)量為的簡(jiǎn)單倒立擺，它放置在可以左右移動(dòng)的車輪上。圖21 小車運(yùn)動(dòng)模型受力分析圖由上圖21我們推導(dǎo)出小車傾角與車輪運(yùn)動(dòng)加速度以及外力干擾加速度之間的運(yùn)動(dòng)方程： （ 1） 在角度很小時(shí)，,，運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為： （ 2）小車靜止時(shí)， （ 3）對(duì)應(yīng)小車靜止時(shí)，系統(tǒng)的輸入輸出的傳遞函數(shù)為： （ 4）此時(shí)系統(tǒng)具有兩個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)極點(diǎn)位于平面的右半開(kāi)面，小車不穩(wěn)定。因此我們引入比例、微分反饋控制（在角度控制中，與角度成比例的控制量稱為比例控制，與角速度成比例的控制量稱為微分控制，其中角速度是角度的微分）之后的系統(tǒng)框圖如下圖22所示，其中。因此，我們總結(jié)出小車直立穩(wěn)定的條件是：1． 能夠準(zhǔn)確測(cè)得小車傾角的大小和角速度的大小；2． 可以控制車輪的加速度。經(jīng)過(guò)深入思考，我們認(rèn)為具體需要解決以下三個(gè)問(wèn)題：1． 如何測(cè)量小車速度？2． 如何通過(guò)小車直立控制算法實(shí)現(xiàn)小車傾斜角度的改變？3． 如何依據(jù)速度誤差控制小車傾斜角度？第一個(gè)問(wèn)題可由安裝在電機(jī)輸出軸上的光碼盤(pán)來(lái)測(cè)量，利用主控單片機(jī)的計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量在固定時(shí)間間隔內(nèi)速度脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)來(lái)反映出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而得到小車的運(yùn)行速度。由分析得知，車體傾角最終是跟蹤重力加速度Z軸的角度，則將小車的傾角給定值與重力加速度Z軸角度相減，就可以最終決定車體的傾斜角度。2． 車體傾角是由車輪運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生，因此車輪速度是傾斜角度變量積分再乘以車體長(zhǎng)度。4． 系統(tǒng)只進(jìn)行速度比例負(fù)反饋。為了提高速度控制的穩(wěn)定性，還必須在反饋控制里加上微分控制，但由于信號(hào)中存在著噪音，增加微分控制后會(huì)加大噪聲對(duì)速度控制信號(hào)的影響，為解決這一點(diǎn)，可以加進(jìn)積分控制，將微分控制和積分控制環(huán)節(jié)合并，形成一個(gè)比例控制環(huán)節(jié)。速度控制的原理框圖如下圖23所示。經(jīng)分析，我們知道整個(gè)控制系統(tǒng)的輸入輸出應(yīng)該包括：1． AD 轉(zhuǎn)換接口（5路）1 陀螺儀：兩路，分別檢測(cè)車體的傾斜角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；2 加速度計(jì)：一路，檢測(cè)Z軸方向上的輸出電壓；3 調(diào)試輔助：兩路，用于調(diào)試電路參數(shù)的接口。3． 定時(shí)器接口（2路） 需要兩個(gè)定時(shí)器脈沖輸入端口來(lái)測(cè)量左右兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。5． IO接口（備用） 輸入輸出接口用于小車的傾斜角度、運(yùn)行速度的顯示，功能設(shè)置等。本系統(tǒng)的硬件總體框圖如下圖31所示。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)微處理器選擇STC12C5A60S2單片機(jī)，它功耗低，運(yùn)算速度快，具有豐富的外設(shè)模塊，非常適合控制小車運(yùn)行，其主要性能指標(biāo)如下：（1）高速：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051 內(nèi)核，速度比普通8051 快8～12 倍（2）工作頻率：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051：0～420MHz（3）8通道，10位高速ADC，速度可達(dá)25 萬(wàn)次/秒，2路PWM還可當(dāng)2 路D/A 使用（4） 通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCP），也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2 個(gè)定時(shí)器或2個(gè)外部中 斷（支持上升沿/ 下降沿中斷）（5）4個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1，2路PCA 實(shí)現(xiàn)2 個(gè)定時(shí)器（6） 芯片內(nèi)EEPROM 功能，擦
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