近距定位系统.doc

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1、中南民族大学计算机科学学院设计报告题目：PID算法恒速控制电机姓名：汪立富、陈一福、董国发学号：201821095146、201821095149、指导老师：张志俊2018年5月5日一、总体方案采用4个收发一体的超声波对目标物体分别分时测距，将测量的数据进行一系列计算后对目标物体进行定位，二、方案选择与论证设计主要有以下几个模块组成：电源模块控制处理模块：驱动直流电机模块：显示模块速度测量模块。2.1处理器根据设计要求，控制器主要用于产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲，并对电机当前速度进行采集处理，根据算法得出当前所需输出的占空比脉冲。对于控制器的选择

2、有以下两种方案。b5E2RGbCAP方案一：采用ARM作为系统的控制器ARM可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用软件在线仿真、调试，易于进行功能控制。ARM采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。通过输入模块将参数输入给ARM,ARM通过程序设计控制PWM脉冲的占空比，但是由于本次设计对数据处理的时间要求不高，ARM16/16的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路

3、设计和实际焊接的工作。p1EanqFDPw方案二：采用传统的STC89C52单片机作为运动物体的控制中心。具有软件编程灵活、体积小、成本低,使用简单等特点，在各个领域中应用广泛。DXDiTa9E3d综合上两种方案比较，采用ASTC89C52作为控制器处理输入的数据并控制电机运动较为简单，可以满足设计要求，还可以减少外围电路的复杂度，价格廉价，因此在本次设计选用方案二。RTCrpUDGiT程序部分2.2测距传感器2.3显示模块三、原理分析3.1最小系统3.2超声波测距原理3.3电源部分3.4温差补偿四、软件部分4.1软件总体流程在本软件系统中，首先对对定时器、液

4、晶屏的各个参数进行初始化，再进入while循环语句进行重复性的测量并且更新目标物体的数据，四个超声波的测距流程图在图已经给出，这里不加论述，当四个距离都测出后，进入计算子程序calculator<）计算各个参数进行定位，最后再调用子程序显示函数，把计算出的参数数据经过液晶屏显示出来，为使显示的数据直观观察，需要延时1s，在本软件设计中，循环一次的时间大约为1.2s。5PCzVD7HxA开始初始化定时器2调用测距程序调用定位计算子程序调用显示函数更新显示输出16/16延时1ms图4.1总体流程4.2测距算法原理4.2.1单个测距原理本系统采用的是超声波传感器测距

5、，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，而外界的温度的大小会影响的传播速度，在本系统的设计中，在前面已经论述过，这里不加论证，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s>，这就是所谓的时间差测距法。jLBHrnAILg距离计算公式L=/2(0>发送大于40KHz的脉冲方波，在本次的验证实验中，f为58Hz最为准确，当超声波发射的同时，定时器2开始定时使能，当接收到反射波时，定时器失能

6、，定时器2停止计时，时间记为t，由<0）公式即可计算出距离长度。xHAQX74J0X发射58Hz的脉冲波是否接收到回波？NLDAYtRyKfE图4.2.14.2.2四个超声波测距一个超声波只能测距，要定位一个目标物体，则最少需要3个超声波测量不同的距离，在本系统中，为了方便计算，增加系统的可靠性，本次设计采用4个收发一天的超声波分别测距，距离分别记为X1,X2，X3，X4如图所示，记1,3号超声波探头的连线方向为正北方向，于是就可以定位目标物体的具体位置了。Zzz6ZB2Ltk测量X1的距离YdvzfvkwMI1X1的距离是否过大？YN测量X2的距离X2的距离

7、是否过大？Y测量X3的距离NX3的距离是否过大？16/16测量X4的距离NYX4的距离是否过大？图4.2.24.3定位算法原理分析在本系统中，定位算法占主要作用，在整个的测距过程中，图4.3.1四个探头的分布如图所示，在测距过程中，可等效为一个底面长为40cm的四棱锥，测量的距离分别记为，探头1到被测物的距离记为X1，2号测距探头测得的距离记为X2，3号测距探头测得的距离记为X3，4号测距探头测得的距离记为X4，探头1和探头3的连线方向为正北方向，如图所示，底面为边长为30Cm的正方形，中点O为定位参考点，当X1，X2，X3和X4的距离求出后，四棱锥为一个固定

8、图像，被测物相对于O点的位置就可以确定