基于单片机控制的智能电动小车设计

第19卷第2期　　　　　　　　　　　　　　湖南工程学院学报　　　　　　　　　　　　Vo1.19.No.2

　　2009年6月　　　　　　　　　　　　JournalofHunanInstituteofEngineering　　　　　　　　June2009　

基于单片机控制的智能电动小车设计

陆　毅

(江苏技术师范学院电气信息工程系,常州213001)

　　摘　要:该系统以单片机STC89C51作为控制核心,利用角度传感器SCA60C和反射式光电传感器检

测电动车的状态信号,通过模数转换器将角度传感器采集的电压信号转换成数字量送给单片机处理,并

运用增量式PI算法实现电动车自动在跷跷板上的行驶、停车及寻找跷跷板平衡点,且使跷跷板保持平衡状态在5s以上,整个过程以分阶段实时显示电动车行驶过程所用时间.关键词:角度传感器;智能电动小车;单片机中图分类号:TP13;TP332　文献标识码:A　:-)--03

0　引　言

,进、倒退、.通过角度传感器[1]检测跷跷板角度的变化,利用增量式PI算法[2]控制电动车寻找平衡点,同时运用光电传感器检测黑线,使电动车在行驶过程中保持直线运动且不会脱离跷跷板,并使小车减速下坡且停止在指定位置.整个过程通过显示模块实时分阶段显示电动车行驶所用时间,并实现平衡指示与平衡时间显示的功能.

测量与控制方法

本系统有两个重要的物理量需要测量,即小车的倾角和行驶时间.2.1　测量方法

(1)小车倾角检测:角度传感器SCA60C处于水平位置时其输出电压为215V,一旦角度发生变化,其输出电压便随之发生变化,利用角度传感器可获取跷跷板偏离水平位置的电压值,角度传感器的

α=(V-215)/2,输出电压量与角度的关系式为sin

α为角度,V为输出电压量,2.5为水平位置的其中:

输出电压量,2为角度传感器的敏感度.

(2)时间测量:采用单片机内部的定时功能,本系统使用的晶振频率12MHz,计数脉冲频率为1Hz,实现最小单位为1s的计时功能.每当完成一项要求就让计时器清零重新开始计数,从而满足分阶段实时显示的要求.2.2　控制方法

控制方法采用增量式PI算法,即先计算每次的控制增量,然后叠加到上次的控制量上,通过现场的参数整定,达到了较好的控制效果.具体处理过程中,把角度传感器平衡时的值作为设定值,将其与实际值之间的偏差记为e,利用e的比例、积分构成的控制量去控制电机的转向,让电动车自动寻找平衡点.

增量式PI算法的表达式为:Δuk=cpek+c1ek-1(1)

(2)uk=uk-1+Δuk

1　系统方案设计

本系统采用STC89C51单片机为控制核心,通

过L298N驱动器[3]控制电动车的前、后轮驱动直流电机,分别实现电动车的左转右转与前进倒退的功能.运用角度传感器SCA60C检测跷跷板角度的变化,经ADC0832转换为数字量后送至单片机进行处理,从而实现角度测量.同时借助红外光电传感器[4]E18-D10NK检测黑线,实现寻迹功能.系统结构框图如图1所示.

图1　系统结构框图

收稿日期:2008-12-30

作者简介:陆　毅(1976-),男,硕士,讲师,研究方向:数字视频监控系统与单片机开发.

第2期　　　　　　　　　　陆　毅:基于单片机控制的智能电动小车设计式(1)中ek为第k个采样时刻的电压偏差值,cp为比例项系数,c1为积分项系数,上述系数可通过实验测试调整获得,经实测当cp=1/2,c1=1/8时,电压波动幅度可控制在±0101V范围以内.为避免在程序中出现浮点运算,实际操作中将参数值扩大16倍,最后将结果缩小为1/16再返回,其程序流程见图

2.

9

态以及速度的控制.根据角度传感器获得的电压信号,结合PI算法控制电动车的运动来寻找平衡点;调节PWM占空比[5]实现对电动车速度的调节,让其运动满足设计的要求,程序设计的总流程图如图3所示,其中最核心的寻平衡点流程图和寻迹流程图分别如图4和图5所示

.

图2　PI算法程序流程图

2.3　理论计算

根据设计的要求,跷跷板的平衡要求板子两端的垂直距离不超过40mm.假设在平衡时跷跷板端点A距地面的距离为dA,跷跷板端点B距地面的距离为dB,角度传感器输出电压为V,跷跷板板长为L.则在理想平衡状态时,描述方程如式(3)所示.

α=L(V-215)/2≤(3)dB-dA=Lxsin4

)范围内经计算得出α值在(-1143°～+1143°

即可保持平衡,根据角度传感器的角度计算公式,对应的角度传感器的输出电压范围为(2145V,2155V),相应的数字量为(126,130),该数字量即为小车寻找平衡点的重要参数1

3　软件程序设计

软件设计主要是电动车在跷跷板上寻找平衡状

10　　　湖南工程学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　2009年

次数所用时间(s)

dA-dB(cm)

1823.2

21104.5

3963.5

41202.8

5855.2

　　(6)将另一块质量为100g的块状配重放置在

指定的位置,电动车重新取得平衡所用时间

次数所用时间(s)

dA-dB(cm)

11262.6

21523.9

31475.6

41583.8

51431.9

图5　寻迹流程图

　　从测试结果可以得出,本系统基本完成了设计的所有要求.其中到达中点,停靠指定位置都能很好

的完成任务;电动车在寻平衡点所用时间的准确度较高,,在电路设计上运判;在软件上充分利用了STC89C51单片机的灵活方便以及PI算法的可靠性,很好的完成了各项设计要求.

参　考　文　献

[1]　洪志刚.传感器原理及应用[M].广州:中南大学出版

4　实验结果与分析

(1)从起始点到中点附近所用时间(设计要求30s)

次数所用时间(s)

18

210

310

49

511

　　(2)(设计要求60次数所用时间(s)

dA-dB(cm)

1142.7

2404.3

3203.8

4527.6

5325.6

　　(3)电动车从平衡点到跷跷板末端所用时间(设计要求30s)

次数所用时间(s)

18

29

312

48

510

社,2007.

[2]　韩九强,张新曼.现代测控技术与系统[M].北京:清

　　(4)电动车从末端退回到起始端所用时间(设计

要求60s)

次数所用时间(s)

118

220

322

417

521

华大学出版社,2007.

[3]　黄正瑾.全国大学生电子设计竞赛训练教程电子设计

竞赛赛题解析(一)[M].南京:东南大学出版社,2003.

[4]　马学鸣.传感器应用技术[M].北京:中国劳动社会保

　　(5)在跷跷板上加上制定配重后,电动车从地面

距离跷跷板起始端300mm以外、90°扇形区域内某一指定位置自动驶上跷跷板并取得平衡所用时间

障,2007.

[5]　黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北

京:电子工业出版社,2005.

DesignofIntelligentMotor2drivenBasedonSCM

LUYi

(SchoolofElectricityandInformationEngineering,JiangsuTeachersUniversity

ofTechnology,Changzhou213001,China)

Abstract:TakenSCMSTC89C51asthecoreofthecontrol,thissystemusestheangulartransducerSCA60Candthereflectivephotoelectricsensortodetectthestatussignalofthemotor2drivencarrier.Thenthedigitalquantityofthevoltagesignalgatheredbytheangulartransducerandtransformedbytheanalog2to2digitalconverterisconveyedtoSCM.TheincrementalPIarithmeticisusedtomakethemotor2drivencarrierrun,stopontheteeter2totterautomaticandfindthebalancepointofthetee …… 此处隐藏：1959字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……