面向智能小车的自动电机调速系统

2020-01-27于瑷雯

锦绣·下旬刊 2020年10期

摘要：针对PID智能小车的电机控制系统，本文提出了一种自动电机调速系统，设计了电源模块、控制模块等。并根据这样的硬件结构设计，完成了相应的软件算法，通过对左右电机的控制完成了智能小车的调速控制。

关键词：智能小车;电机调速系统;PID;电源设计

在我们现在的社会，科技飞速发展，智能的东西屡见不鲜，比如，工农业行业中应用较广泛的智能小车的调试系统。需求推动进步，以至于一些相对较复杂的算法也在实际生活中得到了实现。虽然有多种控制方式在智能小车的调试过程中得以应用，但是大部分的控制方式都存在着兼容心不够好，功率的不够高以及器件的组成相对复杂等缺点。所以本文就智能PID的小车调速控制系统，结果得到了一系列优良的性能，比如，实现了用精简的电路精确和宽范围的调速[1]。

智能小车是多学科知识的汇集，其中主要涉及电气自动化，计算机技术，传感器，机械，控制等方面的知识;智能小车又名轮式移动机器人，它不仅可以进行环境感知，而且可以自主决策规划以及驾驶实现自动等功能。科技在发展。怎么样才能够让智能小车实现更高的控制精度和更优良的性能呢？所以说控制系统的重要性，科技相关性毋庸置疑。然而，以往的PID控制轮式移动机器人的直流电机并不能这样的科技需求[2]。

1.PID原理

在智能小车的应用比较广泛，所以众多的控制方式也应运而生，唯有经典的PID控制方式却经久不衰，这不仅得益于其稳定的控制效果，而且具有适用性强，控制简便，使用方便以及原理清晰的等优点。智能小车应用历史悠久，应用经验的积累和不断的发展改进使得经典PID已经相当成熟，所以在此基础上智能PID的产生和发展实现了突飞猛进。如今随着电子半导体技术的广泛应用，结合智能小车的控制系统，数字式PID应运而生。一般形式下的数字式PID： ⑴

e：误差;kp：比例系数，如果想要提高响应的速度，一定程度上减小静态的误差，可以通过改变kp来实现。但是如果没有节制的改变kp也会带来增大超调量和增加稳定时间的问题;kI：其表示积分系数，与kp的作用相差无几，但是，只有采用积分，才能使静态误差为零;KD：其表示微分系数，与kI的作用恰恰相反，通过调节KD可以有效地减小稳定所用的时间和减小超调量。

如公式⑴所示的，我们一定要全面了解和考虑三个参数的情况，为了使系统能够达到最基本的响应速度和误差，我们一般情况下会先将微分和积分系数假设为0，然后，调节合适的比例系数，同时比例系数也会使误差为零，最终，添加微分系数。在进行调试时，公式中所用到的三个参数都必须严格地根据实际情况来进行多次调试，只有这样才会出现想要的结果。因为在调试的过程中才确定参数，所以会出现控制对象不同，调试的结果也会不同的情况。

2.硬件电路设计

⑴对电源电路的设计

电源电路设计时，电源部分是通过使用电池来供电的，首先，可以提供6v的电压供给舵机是lm2596—adj芯片，同时，基于公式VOUT=1.23*（1+RH/RL）也可以计算出输出的电压大概是6v。另外，一个5v电压是在lm2596—5.0基础上得到的，然后再流经1117-3.3芯片，此过程可以降低5v的电压到3.3v。这时候单片机要使用一个独立的1117-3.3提供所需要的电压。电路如图1所示。

⑵对接口电路的设计

图中我们看到的拨码开关部分那样，为了提高电位，我们通过排阻将拨码上拉。然后再将一个NPN型的三极管接到了蜂鸣器部分，这样，当单片机的引脚电压给高的时候就会导致蜂鸣器发生鸣叫。此外，我们也会根据采用的LCD的情况来空出合适的接口，这便是接口电路的LCD部分的情况。我们需要特别注意的是，USARTO接口是硬件電路部分需要预先留下来的串口。在USB转串口模块儿连接时，模块儿TXD连接模块儿RXD，同样的，RXD也连接模块儿TXD。

因为智能小车所在的建筑环境十分的复杂，所以就要求智能小车的控制系统不仅要有完善的功能，良好的性能，而且需要该控制系统具有较高的工作效率和较稳定的动态特性。考虑了众多的直流电机调速法，决定采用PWM方式对直流电机进行调速，这是因为该调速方式具备电源功率因数和频率高，频带带宽相对宽，电流的脉动比较小以及校正瞬态负载扰动能力强等突出的优点。之后，测速模块产生的方波将被输入到74hc74里，在这里面电机转动的方向是通过D触发器来得到的。留两路PWM来控制两路电机，而且，由电池直接供电给电机。于此同时，预留的接口可能会出现一些意想不到的异常，所以就会多预留几个以防不便。

3.程序设计

根据硬件结构，完成程序如下。

voidPIT_init（void）//定时中断初始化PIT/ISR通道

{

pit_init_ms（PIT0，10）;

set_vector_handler（PIT_VECTORn，PIT_IRQHandler）;

enable_irq（PIT_IRQn）;

}

voidPULSE_init（void）//测速

{

tpm_pulse_init（TPM2，TPM_CLKIN1，TPM_PS_1）;//左电机

lptmr_pulse_init（LPT0_ALT2，0XFFFF，LPT_Rising）;//右电机