基于單片機小車

1、江西理工大學(xué)項目設(shè)計報告項目：基于ARM的循跡避障滅火小車設(shè)計學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)：自動化學(xué)生：黃紹鋒（組長），李飛，郭健濤指導(dǎo)老師：王祖麟 職稱：教授 摘要根據(jù)自動化項目設(shè)計的要求，設(shè)計了一個基于ARM的循跡避障滅火小車，該小車以ARM系統(tǒng)為核心，采用“步進電機，捕獲轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制?？梢詫崿F(xiàn)小車的精確循跡及其滅火控制，能夠有效避障。其中，電機采用步進電機，用L298N有效實現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及其驅(qū)動；避障采用TL1838A紅外發(fā)射與接收實現(xiàn)，通過障礙物反射接收紅外線實現(xiàn)；滅火采用兩個光敏電阻尋找火源，用3V電機驅(qū)動葉片實現(xiàn)滅火。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能，有效控制小車各功能模塊有效運轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)小車

2、的整體要求。關(guān)鍵詞：ARM,TL1838A,L298N,步進電機 目錄1 整體設(shè)計 1.1電機的選擇1.2避障傳感器的選擇1.3滅火傳感器的選擇1.4小車的整體布局2 電機控制 2.1步進電機的控制 2.2閉環(huán)PID控制3 避障控制3.1 紅外接收的設(shè)計3.2 紅外發(fā)射的設(shè)計 3.3 安裝的調(diào)試4 滅火控制4.1 光敏二極管的硬件設(shè)計4.2 A/D采樣實現(xiàn)火源判斷5 程序設(shè)計5.1 數(shù)碼管顯示5.2 捕獲5.3 A/D采樣控制避障5.4整體設(shè)計6 總結(jié)6.1總體設(shè)計總結(jié)6.2 個人心得總結(jié)6.3 整體性能總結(jié)1. 整體設(shè)計1.1 電機的選擇直流電機可以有效實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的控制，通過對電流的大小控

3、制，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的快慢調(diào)節(jié)，劣點位驅(qū)動力方面不足；步進電機通過PWM的控制可以有效控制轉(zhuǎn)速，并且可以通過光碼盤捕獲轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)閉環(huán)控制，驅(qū)動力方面，由于采用大扭矩的驅(qū)動，即使在低速行駛時也能有效驅(qū)動。相比較，決定采用步進電機從而實現(xiàn)有效閉環(huán)控制。1.2 避障傳感器的選擇有兩種選擇，紅外傳感器與超聲波傳感器的選擇。紅外傳感具有價格低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)距離控制的優(yōu)點，但精度不高。超聲波傳感器可以實現(xiàn)有效測距，但原理相對復(fù)雜，且價格昂貴。所以設(shè)計采用紅外避障。1.3 滅火傳感器的選擇光敏電阻能夠通過電阻的改變從而有效得到距離火焰的距離，通過ARM2103的A/D采樣實現(xiàn)數(shù)字化的轉(zhuǎn)變?；鹧嫣綔y器能夠有效感知火焰，

4、但相對光敏電阻昂貴，且采用光敏電阻已經(jīng)足矣。1.4 小車的整體布局小車采用三個紅外發(fā)射接收實現(xiàn)有效避障，兩個光敏電阻實現(xiàn)有效火焰探測，兩個步進電機實現(xiàn)小車的有效驅(qū)動，L298N實現(xiàn)電機的控制。整體布局如圖1.4所示2電機控制 2.1 步進電機的控制 步進電機的控制通過ARM2103的PWM模塊，通過占空比大小的調(diào)整來實現(xiàn)電機的快慢控制。程序如下：電機使用L298N做H橋使用，作為電機的運轉(zhuǎn)。原理如圖：連接線如圖：2.2閉環(huán)PID 控制PID控制器由比例單元，積分單元和微分單元組成。結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便。PID控制器的結(jié)構(gòu)框圖如其中r(t)為給定值，e(t)為控制偏差，u(t)

5、為控制輸出。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差： (公式4-1)對應(yīng)的程序清單如Error! Reference source not found.所示。程序清單 Error! No text of specified style in document.1 計算給定值與實際輸出值之間的偏差/* 計算當(dāng)前的偏差值*/iMotorRightNowOffset = GuiSetMotorRightSpeed - uiMotorRightSpeed;iMotorLeftNowOffset = GuiSetMotorLeftSpeed - uiMotor

6、LeftSpeed;其中GuiSetMotorRightSpeed、GuiSetMotorLeftSpeed分別為電機一和電機二的給定值，而uiMotorRightSpeed、uiMotorLeftSpeed則分別為通過電機檢測捕獲到的電機一和電機二的轉(zhuǎn)速值。通過計算它們之間的差值從而得到偏差。PID控制規(guī)律為： （公式4-2）其中,為積分時間和微分時間，為比例系數(shù)。PID控制器各校正環(huán)節(jié)在控制過程中都對輸出值產(chǎn)生影響：比例環(huán)節(jié)：即實時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差；積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的誤差度。積分作用的強弱取決于積分時間

7、，積分時間越大，積分作用越弱，反之則越強；微分環(huán)節(jié)：能反映念頭信號的變化趨勢（變化速率），并能在念頭信號變得太大之前，在引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。由于時間有限，本小車只使用了其中的比例控制，但效果已經(jīng)可以達(dá)到基本要求，想以后進一步改進。3避障控制 3.1 紅外接收的設(shè)計 設(shè)計的實現(xiàn)如圖，發(fā)送一個38KHZ，30%占空比的PWM波用來驅(qū)動紅外發(fā)射管。 電路圖如圖所示：接收的實物圖如圖所示：3.2 紅外發(fā)射的設(shè)計如圖所示，接收原理如圖。程序設(shè)計中運用定時器發(fā)送一個PWM 作為驅(qū)動，程序如下：3.3 安裝的調(diào)試 由于要控制距離的遠(yuǎn)近實現(xiàn)小車的避障，本實驗中采用了可變電阻串聯(lián)作為紅外發(fā)射調(diào)試的口，電路圖如圖所示：通過不斷調(diào)試，最終確定了電位器的阻值為4.2歐姆。4. 滅火控制. 1 光敏二極管的硬件設(shè)計通過測試光敏二極管的測試