（最终版）(1) - 图文(5)

4.7 直流电机的驱动电路

图4-11 直流电机的驱动电路

L298可驱动两个电动机，OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间可分别接电动机，IN1~IN4脚为输入控制电平，控制电平正反转，从而控制小车行驶方向。ENA、ENB接控制使能端，与单片机的PWM调制输出口(P1.2和P1.3)相接，控制电机的停转、加速。1脚、15脚是输出电流反馈引脚，通常使用可直接接地。如表4-2所示，对应直流电机的运行状态。图4-11为直流电机的驱动电路。

表4-2 直流电机功能表

ENA 0 1 1 1 1

IN1 x 1 0 1 0 IN2 x 0 1 1 0 运转状态 停止 正转 反转 刹揨 停止 21

第5章 系统软件设计

5.1 软件设计的总体思路

本设计要实现小车直立平衡、小车前进、小车后退、小车左转、小车右转等功能，除硬件外，还需要软件来控制。本章主要介绍单片系统对各模块的软件编程控制，如采集九轴模块里的角度与角速度，测量电机的速度，PWM脉宽调制来控制车速等。本系统设计主要采用Keil4软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。

系统软件需要实现以下功能： ( 1 ) 数据采集：

在系统软件中，输出六轴传感器的数据、光电传感器的打开与关断控制信号。 ( 2 ) 信号处理：

对采集的信号进行处理，进行数据融合。以PWM值的大小进行表示。 ( 3 ) 数据传输与显示：

经软件处理得到的PWM值，发送到L298N控制芯片。进行对轮子的控制。

5.2 系统程序设计主要流程图

本系统设计主要采用Keil4软件编写与调试程序，程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。系统程序主要分为定时器中断，捕获中断（包含匹配中断）与主程序几部分。

主程序是单片机程序的主体，整个单片机端系统软件的功能的实现都是在其中完成的，在此过程中主程序调用了子程序及中断服务程序。程序首先完成初始化过程，然后进行数据的采集过程，然后是数据的处理过程，最后是数据的输出过程，其流程图如图5-1所示。其中Angle_Calcu（）为角度角速度处理函数，Angle_calcu()为速度位置处理函数， PWM_Calcu()为PID控制算法核心，融合角度角速度速度位置四个变量[9]。

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开始MPU6050传感器初始化定时器、外部中断、串口初始化AD转换、PWM初始化 Angle_Calcu(); 读取MPU6050的角度与角速度，并用卡尔曼滤波器进行滤波Psn_Calcu(); 采集小车速度和位置PWM_Calcu();对各种采集到的数据进行处理，并转换成PWM，对电机进行控制结束图5-1 系统主流程图

捕获中断用于检测转速，其流程图5-2。

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开始否判断中断标志位是RA==1是speed_ml++;否speed_ml--;结束 图5-2 外部中断流程图

Angle_Calcu（）函数是处理通过传感器MPU6050得到的角度和角速度值，并进行融合与滤波，是两轮小车的核心部分，图5-3为Angle_Calcu（）函数的流程图。

开始读取MPU6050,Y轴加速度值去除x轴零点偏移,计算得到角度（弧度），并将弧度转成度读取MPU6050,X轴加速度值去除x轴零点偏移,计算得到角速度(度/秒)角速度积分得到角度值将得到的角度和角速度进入卡尔曼滤波器进行滤波Kalman_Filter(Angle_ay,Gyro_x); 计算倾角结束 图5-3 角度角速度处理函数流程图

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PWM计算与输出函数PWM_Calcu(void)，此函数为了计算驱动电机的PWM。图5-4是PWM_Calcu(void)函数的流程图。

开始Angle<-40||Angle>40是CCAP0H = 0;CCAP1H = 0;否PWM = Kp*Angle*K_angle_AD + Kd*Gyro_x*K_angle_dot_AD;PWM += Kpn*position*K_position_AD + Ksp*speed*K_position_dot_AD;PWM_R = PWM - turn_need;PWM_L = -PWM - turn_need;PWM_output(PWM_L,PWM_R); 结束 图5-4 PWM计算与输出流程图

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