面向智能小車的自動電機調速系統

摘要：針對PID智能小車的電機控制系統，本文提出了一種自動電機調速系統，設計了電源模塊、控制模塊等。并根據這樣的硬件結構設計，完成了相應的軟件算法，通過對左右電機的控制完成了智能小車的調速控制。

關鍵詞：智能小車;電機調速系統;PID;電源設計

在我們現在的社會，科技飛速發展，智能的東西屢見不鮮，比如，工農業行業中應用較廣泛的智能小車的調試系統。需求推動進步，以至于一些相對較復雜的算法也在實際生活中得到了實現。雖然有多種控制方式在智能小車的調試過程中得以應用，但是大部分的控制方式都存在著兼容心不夠好，功率的不夠高以及器件的組成相對復雜等缺點。所以本文就智能PID的小車調速控制系統，結果得到了一系列優良的性能，比如，實現了用精簡的電路精確和寬范圍的調速[1]。

智能小車是多學科知識的匯集，其中主要涉及電氣自動化，計算機技術，傳感器，機械，控制等方面的知識;智能小車又名輪式移動機器人，它不僅可以進行環境感知，而且可以自主決策規劃以及駕駛實現自動等功能。科技在發展。怎么樣才能夠讓智能小車實現更高的控制精度和更優良的性能呢？所以說控制系統的重要性，科技相關性毋庸置疑。然而，以往的PID控制輪式移動機器人的直流電機并不能這樣的科技需求[2]。

1.PID原理

在智能小車的應用比較廣泛，所以眾多的控制方式也應運而生，唯有經典的PID控制方式卻經久不衰，這不僅得益于其穩定的控制效果，而且具有適用性強，控制簡便，使用方便以及原理清晰的等優點。智能小車應用歷史悠久，應用經驗的積累和不斷的發展改進使得經典PID已經相當成熟，所以在此基礎上智能PID的產生和發展實現了突飛猛進。如今隨著電子半導體技術的廣泛應用，結合智能小車的控制系統，數字式PID應運而生。一般形式下的數字式PID： ⑴

e：誤差;kp：比例系數，如果想要提高響應的速度，一定程度上減小靜態的誤差，可以通過改變kp來實現。但是如果沒有節制的改變kp也會帶來增大超調量和增加穩定時間的問題;kI：其表示積分系數，與kp的作用相差無幾，但是，只有采用積分，才能使靜態誤差為零;KD：其表示微分系數，與kI的作用恰恰相反，通過調節KD可以有效地減小穩定所用的時間和減小超調量。

如公式⑴所示的，我們一定要全面了解和考慮三個參數的情況，為了使系統能夠達到最基本的響應速度和誤差，我們一般情況下會先將微分和積分系數假設為0，然后，調節合適的比例系數，同時比例系數也會使誤差為零，最終，添加微分系數。在進行調試時，公式中所用到的三個參數都必須嚴格地根據實際情況來進行多次調試，只有這樣才會出現想要的結果。因為在調試的過程中才確定參數，所以會出現控制對象不同，調試的結果也會不同的情況。

2.硬件電路設計

⑴對電源電路的設計

電源電路設計時，電源部分是通過使用電池來供電的，首先，可以提供6v的電壓供給舵機是lm2596—adj芯片，同時，基于公式VOUT=1.23*（1+RH/RL）也可以計算出輸出的電壓大概是6v。另外，一個5v電壓是在lm2596—5.0基礎上得到的，然后再流經1117-3.3芯片，此過程可以降低5v的電壓到3.3v。這時候單片機要使用一個獨立的1117-3.3提供所需要的電壓。電路如圖1所示。

⑵對接口電路的設計

圖中我們看到的撥碼開關部分那樣，為了提高電位，我們通過排阻將撥碼上拉。然后再將一個NPN型的三極管接到了蜂鳴器部分，這樣，當單片機的引腳電壓給高的時候就會導致蜂鳴器發生鳴叫。此外，我們也會根據采用的LCD的情況來空出合適的接口，這便是接口電路的LCD部分的情況。我們需要特別注意的是，USARTO接口是硬件電路部分需要預先留下來的串口。在USB轉串口模塊兒連接時，模塊兒TXD連接模塊兒RXD，同樣的，RXD也連接模塊兒TXD。

因為智能小車所在的建筑環境十分的復雜，所以就要求智能小車的控制系統不僅要有完善的功能，良好的性能，而且需要該控制系統具有較高的工作效率和較穩定的動態特性。考慮了眾多的直流電機調速法，決定采用PWM方式對直流電機進行調速，這是因為該調速方式具備電源功率因數和頻率高，頻帶帶寬相對寬，電流的脈動比較小以及校正瞬態負載擾動能力強等突出的優點。之后，測速模塊產生的方波將被輸入到74hc74里，在這里面電機轉動的方向是通過D觸發器來得到的。留兩路PWM來控制兩路電機，而且，由電池直接供電給電機。于此同時，預留的接口可能會出現一些意想不到的異常，所以就會多預留幾個以防不便。

3.程序設計

根據硬件結構，完成程序如下。

voidPIT_init（void）//定時中斷初始化PIT/ISR通道

{

pit_init_ms（PIT0，10）;

set_vector_handler（PIT_VECTORn，PIT_IRQHandler）;

enable_irq（PIT_IRQn）;

}

voidPULSE_init（void）//測速

{

tpm_pulse_init（TPM2，TPM_CLKIN1，TPM_PS_1）;//左電機

lptmr_pulse_init（LPT0_ALT2，0XFFFF，LPT_Rising）;//右電機

}

總結

針對智能小車車速控制的問題，本文提出了一種通過左右電機差速控制的自動電機調節模塊，并且為其設計了電源模塊、控制模塊等。在完成了硬件結構設計的基礎上，完成了軟件程序的設計。綜上所述，本模塊可有效應用于智能小車車速調節。

參考文獻

[1]韓毅，楊天.基于HCS12單片機的智能尋跡模型車的設計與實現[J].計算機工程與設計，2008，⒅：4736-4739

[2]李晨，宓超.基于飛思卡爾單片機MC9S12XS128的智能車設計[J].上海海事大學學報，2012，⑴：82-84

作者簡介：于璦雯（1999-）女，河北滄州人，本科，計算機科學與技術日語強化專業