智能巡線(xiàn)小車(chē)的多模式速度控制系統

本設計中使用兩片MC33886 并聯(lián)，一方面進(jìn)一步減小導通電阻對電機特性的影響，另一方面減小過(guò)流保護電路對電機啟動(dòng)及制動(dòng)時(shí)的影響【2】。

圖3 簡(jiǎn)化的H橋電路

2.2 速度檢測模塊

通過(guò)在電機驅動(dòng)軸的齒輪上加裝小型旋轉編碼器,使旋轉編碼器齒輪與電機驅動(dòng)軸的齒輪進(jìn)行嚙合。這樣，就可通過(guò)實(shí)驗測定每個(gè)脈沖對應的智能小車(chē)運行的距離；同時(shí)，可設定一個(gè)合適的定時(shí)中斷作為脈沖采樣周期，根據每個(gè)采樣周期內旋轉編碼器的輸出脈沖個(gè)數就可計算出智能小車(chē)的實(shí)際速度，這樣就使脈沖個(gè)數和智能小車(chē)實(shí)際速度具有了明確的對應關(guān)系，實(shí)際操作、測量非常方便。在本設計中，選用了OMRON E6A2-CS3E旋轉編碼器，該編碼器采用5v 供電，單相輸出，每圈輸出60個(gè)脈沖，用在本系統中比較合適【3】。在采樣周期的選取中，考慮到脈沖計數器所能允許的最大值及脈沖計數值要參與實(shí)際的運算，為了避免數據溢出，采樣周期不能選取過(guò)大。

2.3 無(wú)線(xiàn)通信模塊

本系統中的無(wú)線(xiàn)通信模塊是基于nRF403的無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊，并在此基礎上實(shí)現了MODBUS 通信協(xié)議。該模塊在智能小車(chē)參數測試及程序調試的過(guò)程中起到了很大的作用。在智能小車(chē)運行的過(guò)程中，可以通過(guò)下位機將與小車(chē)運行狀態(tài)有關(guān)的各項參數發(fā)送到上位機，并可通過(guò)簡(jiǎn)單的VB程序在上位機上顯示出相應的狀態(tài)曲線(xiàn)，從而達到對智能小車(chē)的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測的目的。在PID參數整定過(guò)程中，根據小車(chē)的實(shí)際運行狀態(tài)和P、I、D參數對控制系統的影響，可以通過(guò)上位機來(lái)改變下位機的P、I、D參數而不用重新燒寫(xiě)程序，給系統的在線(xiàn)調試帶來(lái)了很大的方便。

3 控制系統軟件設計

HCS12單片機內置PWM模塊，在程序中只需調用相關(guān)函數設定PWM周期和寫(xiě)入PWM占空比的值，就可以產(chǎn)生實(shí)際需要的PWM波【4】?？紤]到有多模式調節，對閉環(huán)控制的響應速度要求不高，閉環(huán)控制采用了速度單閉環(huán)控制和位置式的PI控制算法，PI運算的結果作為PWM占空比的設定值。采用速度單閉環(huán)控制既達到了多模式調節中閉環(huán)運行模式的效果，同時(shí)也降低了系統設計的復雜性。在PI控制算法中，P、I參數整定的比較弱，這樣智能小車(chē)在過(guò)彎時(shí)的速度有一定的自然降落，可以防止智能小車(chē)脫離軌道。控制系統程序主要采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，PI控制算法程序流程圖如圖4【5】。本文設計的多模式速度控制系統，可以作為一個(gè)比較完整的模塊調用，這樣很容易與路徑檢測系統相結合，形成完整的具有自主巡線(xiàn)功能的智能小車(chē)。

圖4 PI控制算法程序流程圖

本控制系統選擇了一通過(guò)CMOS攝像頭進(jìn)行道路識別的智能小車(chē)進(jìn)行實(shí)驗，通過(guò)多次實(shí)驗及觀(guān)察得出：速度偏差在±5%以?xún)戎悄苄≤?chē)運行在速度閉環(huán)模式，小于-5%切換到開(kāi)環(huán)加速模式，大于5%且小于6%切換到能耗制動(dòng)模式，大于6%切換到反接制動(dòng)模式，這樣可以使智能小車(chē)在不脫離軌道的情況下達到較快的速度，具有較好的穩定性和快速跟隨性能。

4 總結

本文的創(chuàng )新點(diǎn)在于，設計的速度控制系統具有四種速度模式：1、開(kāi)環(huán)加速模式2、反接制動(dòng)模式3、能耗制動(dòng)模式4、速度閉環(huán)運行模式。該多模式速度控制系統可以使智能小車(chē)在任何兩種速度模式之間進(jìn)行快速的切換，同時(shí)保證智能小車(chē)仍能很穩定地運行。該多模式速度控制系統適用于多種類(lèi)型的智能小車(chē)，可以使智能小車(chē)根據路面條件的變化，在速度調節上具有更好的靈活性。