基于光电传感器的智能小车控制系统设计

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1、第1章　绪论21.1　速度闭环控制系统21.2直流电机闭环控制的目的和意义31.3　主要内容4第2章　总体设计思路及方案论证52.1　硬件设计方案论证52.1.1　单片机模块方案52.1.2　5V稳压电源模块方案82.1.3　直流电机驱动模块92.1.4　测速方案102.2　控制方案论证102.3　本章小结11第3章　系统硬件电路设计123.1　Freescale单片机模块123.1.1　时钟电路123.1.2　复位电路和BDM接口133.1.3　单片机最小系统电源电路143.2　5V稳压电源模块143.3　测速传感器模块1

2、63.3.1　光电码盘的工作原理及设计163.3.2　光电编码器的安装结构183.4　直流电机及其驱动模块183.4.1　直流电机183.4.2　直流电机驱动器193.5　本章小结20第4章　系统软件设计214.1　软件功能及流程214.2　单片机系统初始化224.2.1　单片机最小系统初始化224.2.2　定时器初始化254.2.3　PWM初始化264.3　速度闭环控制程序294.3.1　PID控制原理294.3.2　数字PID控制算法304.3.3　速度闭环控制程序设计314.3.4　具体程序设计324.4　本章小结34

3、第5章　系统调试355.1　开发工具介绍355.2　系统硬件调试365.3　系统软件调试375.4　本章小结38结　论39参考文献4042第1章　绪论闭环控制是自动控制论的一个基本概念，也称反馈控制，在日常生活的各种控制实例中有具体的表现方式，比如常用交通工具中电车的速度控制，汽车的速度控制，冰箱的温度调节等，其中采用闭环控制方案对直流电机进行调速是生产生活中最常见的一种闭环控制实例。在工业自动化飞速发展的今天，利用高性能单片机来完成对仪器设备的自动化控制是其中最重要的一个环节。本文研究对象是基于Freescale单片机的移

4、动小车控制系统设计，涉及到对直流电机的速度控制，舵机转向的控制，应用了所学的电路基础知识、自动控制理论知识，又充分利用了Freescale单片机的高性能与可靠性。1.1　速度闭环控制系统随着工业自动化以及电子信息技术和自动控制技术的不断发展，电机的种类不断增加，性能也更加出色。以电机为动力的车辆的自动化程度也越来越高，对车辆自动化程度的要求也越来越高，电车近几十年来发展十分迅速，直流电机电瓶车的速度控制水平也得到了极大的提高。转速控制作为电机控制中最关键的部分，具体反映到电车就是在车体速度控制上，而速度闭环控制作为重要的控制

5、方式，得到了最广泛的应用。直流电机速度闭环控制系统包括以下内容：（1）直流电机在接到起动电压后起动；（2）转速达到预设速度后，利用PWM脉宽调制电路产生方波，并通过单片机设定占空比，达到无级调速；（3）采用直流电机反接制动原理来调速，在增量PID控制算法下达到稳定转速的效果。速度闭环控制系统硬件组成：（1）PWM脉宽调制电路（2）测速装置（光电编码器）42（3）动力装置（直流电机）（4）直流电机驱动器本设计以FreescaleCodeWarrior为开发环境，采用MC9S12XS128（16位）MCU（MicroContro

6、lUnit）作为主控芯片，利用MC9S12XS128教学实验系统并增加必要的外围辅助电路，设计完成直流电机的速度闭环控制，直流电机驱动器，整个系统的设计不仅是对小车控制系统的开发，达到了理论与实践的结合，加深了对自动控制理论的了解。1.2直流电机闭环控制的目的和意义电机在工业生产中的主要控制方式为闭环控制，电机闭环控制技术的不断改进带来生产和生活了众多的好处：能够提高电机运行过程中的平稳，进而使以电机为动力的机械可靠性增加；增加各类机械中的自动化技术含量；增加电力机车在交通运输工具中所占的比例，减少环境污染等。而为了提高直流

7、电机调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈等。在单闭环控制系统中，转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电机作动力,但直流电机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度。反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该被控量的负反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。对调速系统来说，若想提高动静态指标，希望

8、电机转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变，最直接和最有效的方式就是采用转速负反馈构成速度闭环控制系统。PWM简称脉宽调制，即英文PulseWidthModulation42的缩写，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从