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智能車制作全過程(飛思卡爾) 如果我寫得好,請(qǐng)頂我一下,我將再接再厲! (本人在很久以前做的一輛用來比賽的智能車--獲得華北一等獎(jiǎng),全國(guó)二等獎(jiǎng),有許多可改進(jìn)地方.) 下面我們來立即開始我們的智能車之旅: 首先,一個(gè)系統(tǒng)中,傳感器至關(guān)重要. "不管你的CPU的速度如何的快,通信機(jī)制如何的優(yōu)越,系統(tǒng)的精度永遠(yuǎn)無法超越傳感器的精度" .是的,在這個(gè)系統(tǒng)中,傳感器的精度,其準(zhǔn)確性就顯得至關(guān)重要.如果你問我傳感器的電路,呵呵,我早就和大家分享了,在我發(fā)表的日志中,有一篇<<基于反射式距離傳感器>>的文章就詳細(xì)的說明了傳感器的硬件電路以及可以采取的信號(hào)采樣方式. 傳感器安裝成一排,如上面排列.(就是個(gè)一字排列,沒有什么特別) 接下來,看看我們?nèi)绾翁幚韨鞲衅鞯玫降男畔? 大家看到了.結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,我們已經(jīng)搞定了傳感器通路.下面我們來看看多機(jī)的控制方面的問題: 其實(shí),不管是便宜還是比較貴的舵機(jī),都是一樣的用法.舵機(jī)的特點(diǎn)就是不同的占空比方波就對(duì)應(yīng)著舵機(jī)的不同轉(zhuǎn)角.當(dāng)然不同的舵機(jī)有不同的頻率要求.比如我用的這個(gè)舵機(jī):方波頻率50HZ.怎么改變占空比?這個(gè)不就是PWM模塊的功能嘛.PWM模塊可以輸出任意占空比的方波.只要你控制其中的占空比寄存器,就可以直接控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角.你只要將傳感器的狀態(tài)和這個(gè)占空比對(duì)應(yīng)上,不就OK了?就這么簡(jiǎn)單,做到這里,你就可以讓你的車在跑道上跑了! 接下來,我們的工作是讓智能車更加完善:速度要穩(wěn)定. 在當(dāng)前的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,要使一個(gè)系統(tǒng)更穩(wěn)定更可靠,閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)選擇.(如果你不知道什么是閉環(huán)系統(tǒng),可以參照我的文章里面的一篇"基于單片機(jī)的PID電機(jī)調(diào)速"),既然是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),速度傳感器是必不可少的,用什么樣的傳感器做為速度反饋呢: 仔細(xì)看,和后輪之間有一條皮帶的這個(gè)貌似電機(jī)的東西,就是我的速度傳感器,它的學(xué)名叫"旋轉(zhuǎn)編碼器".這個(gè)器件的特點(diǎn)就是:每轉(zhuǎn)一圈,就會(huì)從輸出端輸出一定的脈沖,比如我這個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器是500線的,就是轉(zhuǎn)一圈輸出500個(gè)脈沖.因此,我只要在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸出端輸出的脈沖數(shù),我就可以計(jì)算出車輛的速度.顯然,這個(gè)速度可以用來作為PID速度調(diào)節(jié)的反饋. 現(xiàn)在有了反饋,我們需要的是調(diào)節(jié)智能車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度了,如何來調(diào)速,就成了必須解決的問題了.我用的是驅(qū)動(dòng)芯片MC33886. 其實(shí),這個(gè)芯片就是一個(gè)功率放大的模塊. 我們知道,單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)還是TTL信號(hào),是不能直接用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的.非要通過功率模塊的放大不可.這個(gè)道理其實(shí)很簡(jiǎn)單,就像上次我給大家畫的哪個(gè)電子琴電路的放大電路一樣: 看上面的那個(gè)三極管,就是將TTL電路的電流放大,才能夠來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器.其實(shí)這里的這個(gè)MC33886就是這樣的一個(gè)作用.而且我們自己也完全可以用三極管自己搭建一個(gè)這樣的功率放大電路,當(dāng)然,驅(qū)動(dòng)能力肯定不如這里的這個(gè)MC33886(如我們用三極管就搭建了超過MC33886的電路,摩托羅拉就不會(huì)賣幾十塊錢一個(gè)了.呵呵.)知道了這個(gè)MC33886的工作原理,就好說了,一句話,通過PWM來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度.當(dāng)方波中高電平占的比例大,電機(jī)的平均電壓肯定高,轉(zhuǎn)速肯定快.也就是說,PWM的占空比越大,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高. 看,就這么簡(jiǎn)單,這個(gè)智能車就做好了.接下來,我們就把我們知道的PID知識(shí)放到舵機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制中去.就可以達(dá)到一個(gè)比較好的控制效果. 如果要達(dá)到更高的水平,肯定機(jī)械方面的改造也少不了.當(dāng)然,這不屬于本文的討論范圍.呵呵. 智能車制作全過程(飛思卡爾---舵機(jī)篇 發(fā)表于 2008/11/28 10:00:55 感謝大家的支持!如果我寫得好,請(qǐng)頂我一下! 智能車的制作中,看經(jīng)驗(yàn)來說,舵機(jī)的控制是個(gè)關(guān)鍵.相比驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速,舵機(jī)的控制對(duì)于智能車的整體速度來說要重要的多. PID算法是個(gè)經(jīng)典的算法,一定要將舵機(jī)的PID調(diào)好,這樣來說即使不進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速(勻速),也能跑出一個(gè)很好的成績(jī). 機(jī)械方面: 從我們的測(cè)試上來看,舵機(jī)的力矩比較大,完全足以驅(qū)動(dòng)前輪的轉(zhuǎn)向.因此舵機(jī)的相應(yīng)速度就成了關(guān)鍵.怎么增加舵機(jī)的響應(yīng)速度呢?更改舵機(jī)的電路?不行,組委會(huì)不允許.一個(gè)非常有效的辦法是更改舵機(jī)連接件的長(zhǎng)度.我們來看看示意圖: 從上圖我們能看到,當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),左右輪子就發(fā)生偏轉(zhuǎn).很明顯,連接件長(zhǎng)度增加,就會(huì)使舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更小的轉(zhuǎn)角而達(dá)到同樣的效果.舵機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度需要一定的時(shí)間.不如說(只是比喻,沒有數(shù)據(jù)),舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)10度需要2ms,那么要使輪子轉(zhuǎn)動(dòng)同樣的角度,增長(zhǎng)連接件后就只需要轉(zhuǎn)動(dòng)5度,那么時(shí)間是1ms,就能反應(yīng)更快了.據(jù)經(jīng)驗(yàn),這個(gè)舵機(jī)的連接件還有必要修改.大約增長(zhǎng)0.5倍~2倍. 在今年中,有人使用了兩個(gè)舵機(jī)分別控制兩個(gè)輪子.想法很好.但今年不允許使用了. 接下來就是軟件上面的問題了. 這里的軟件問題不單單是軟件上的問題,因?yàn)槲覀円獱可娴絺鞲衅鞯牟季謫栴}.其實(shí),沒有人說自己的傳感器布局是最好的,但是肯定有最適合你的算法的.比如說,常規(guī)的傳感器布局是如下圖: 這里好像說到了傳感器,我們只是略微的一提.上圖只是個(gè)示意圖,意思就是在中心的地方傳感器比較的密集,在兩邊的地方傳感器比較的稀疏.這樣做是有好處的,大家看車輛在行駛到轉(zhuǎn)彎處的情況: 相信看到這里，大家應(yīng)該是一目了然了，在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，車是偏離跑道的，所以兩邊比較稀疏還是比較科學(xué)的，關(guān)于這個(gè)，我們將在傳感器中在仔細(xì)討論。 在說到接下來的舵機(jī)的控制問題，方法比較的多，有人是根據(jù)傳感器的狀態(tài),運(yùn)用查表法差出舵機(jī)應(yīng)該的轉(zhuǎn)角,這個(gè)做法簡(jiǎn)單,而且具有較好的濾波"效果",能夠?qū)㈠e(cuò)誤的傳感器狀態(tài)濾掉;還有人根據(jù)計(jì)算出來的傳感器的中心點(diǎn)(比如第四個(gè)和第五個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線,中心點(diǎn)就是4.5),計(jì)算出舵機(jī)需要的轉(zhuǎn)角,這個(gè)做法也比較的簡(jiǎn)單,但是必須有一個(gè)濾波的過程,必須要濾掉錯(cuò)誤的傳感器狀態(tài).比如說:現(xiàn)在傳感器第四個(gè),第五個(gè)和第11個(gè)檢測(cè)到了黑線,顯然第11個(gè)應(yīng)該是個(gè)傳感器檢測(cè)錯(cuò)誤.應(yīng)該把它濾掉.關(guān)于這個(gè)如何濾波,我們待會(huì)在后面將進(jìn)行討論.還有人的做法就是采用PID算法,這個(gè)方法比較的好,其實(shí)也不是很難,就是PID參數(shù)整定的時(shí)候有些麻煩. 大家可以自己選擇喜歡的方法. 關(guān)于濾波,有些許的方法: 1.平均值排序法. 這個(gè)方法大家肯定一聽就知道是怎么回事.就是不急于執(zhí)行,先多次檢測(cè)被測(cè)傳感器,累加,求平均值.這個(gè)方法不錯(cuò),特別在單片機(jī)中.比如:你如果連續(xù)采集8次,累加,最后你只要右移三位(value=value>>3;)就是value=value/8的結(jié)果.畢竟,在單片機(jī)中,右移比除法要快嘛. 2.中間值算法. 這個(gè)算法也簡(jiǎn)單,顧名思義,就是取不大不小的中間的值.這個(gè)算法就需要把幾次采集的值排序,然后使用中間的那個(gè)值. 3.遞推濾波. 這個(gè)濾波方法比較的受認(rèn)可,但是執(zhí)行起來也有風(fēng)險(xiǎn)所在.先說這個(gè)算法,就是根據(jù)當(dāng)前值(傳感器的中心點(diǎn)所在值),推算接下來的傳感器中心點(diǎn)的量,如果發(fā)現(xiàn)前后變化劇烈,就視為干擾因素,忽略.這個(gè)算法看起來比較的好.但是風(fēng)險(xiǎn)就在于:如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤,并且錯(cuò)誤的中心點(diǎn)成為的當(dāng)前值,那么以錯(cuò)誤的中心點(diǎn)為基準(zhǔn),正確的中心點(diǎn)就成了干擾.這樣就會(huì)出現(xiàn)極端情況.為了避免這個(gè)情況,我們應(yīng)該有一個(gè)檢查的模塊,檢查當(dāng)前的中心點(diǎn)是否有效.這個(gè)檢查,我們也許可以結(jié)合前面兩種方法,在一定時(shí)間對(duì)中心點(diǎn)的有效性進(jìn)行檢查. 4.限幅濾波. 這個(gè)在舵機(jī)的控制中,特別是使用計(jì)算的方法獲得PWM信號(hào)占空比的(用來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角),更是尤為重要.這個(gè)濾波的思路就是規(guī)定一個(gè)最大值和一個(gè)最小值,當(dāng)計(jì)算出的值低于最小值時(shí),令其等于最小值;大于最大值時(shí),令其等于最大值. 智能車制作全過程(飛思卡爾) 發(fā)表于 2008/11/15 22:28:01 如果我寫得好,請(qǐng)頂我一下,我將再接再厲! (本人在很久以前做的一輛用來比賽的智能車--獲得華北一等獎(jiǎng),全國(guó)二等獎(jiǎng),有許多可改進(jìn)地方.) 下面我們來立即開始我們的智能車之旅: 首先,一個(gè)系統(tǒng)中,傳感器至關(guān)重要. "不管你的CPU的速度如何的快,通信機(jī)制如何的優(yōu)越,系統(tǒng)的精度永遠(yuǎn)無法超越傳感器的精度" .是的,在這個(gè)系統(tǒng)中,傳感器的精度,其準(zhǔn)確性就顯得至關(guān)重要.如果你問我傳感器的電路,呵呵,我早就和大家分享了,在我發(fā)表的日志中,有一篇<<基于反射式距離傳感器>>的文章就詳細(xì)的說明了傳感器的硬件電路以及可以采取的信號(hào)采樣方式. 傳感器安裝成一排,如上面排列.(就是個(gè)一字排列,沒有什么特別) 接下來,看看我們?nèi)绾翁幚韨鞲衅鞯玫降男畔? 大家看到了.結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,我們已經(jīng)搞定了傳感器通路.下面我們來看看多機(jī)的控制方面的問題: 其實(shí),不管是便宜還是比較貴的舵機(jī),都是一樣的用法.舵機(jī)的特點(diǎn)就是不同的占空比方波就對(duì)應(yīng)著舵機(jī)的不同轉(zhuǎn)角.當(dāng)然不同的舵機(jī)有不同的頻率要求.比如我用的這個(gè)舵機(jī):方波頻率50HZ.怎么改變占空比?這個(gè)不就是PWM模塊的功能嘛.PWM模塊可以輸出任意占空比的方波.只要你控制其中的占空比寄存器,就可以直接控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)角.你只要將傳感器的狀態(tài)和這個(gè)占空比對(duì)應(yīng)上,不就OK了?就這么簡(jiǎn)單,做到這里,你就可以讓你的車在跑道上跑了! 接下來,我們的工作是讓智能車更加完善:速度要穩(wěn)定. 在當(dāng)前的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,要使一個(gè)系統(tǒng)更穩(wěn)定更可靠,閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)選擇.(如果你不知道什么是閉環(huán)系統(tǒng),可以參照我的文章里面的一篇"基于單片機(jī)的PID電機(jī)調(diào)速"),既然是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),速度傳感器是必不可少的,用什么樣的傳感器做為速度反饋呢: 仔細(xì)看,和后輪之間有一條皮帶的這個(gè)貌似電機(jī)的東西,就是我的速度傳感器,它的學(xué)名叫"旋轉(zhuǎn)編碼器".這個(gè)器件的特點(diǎn)就是:每轉(zhuǎn)一圈,就會(huì)從輸出端輸出一定的脈沖,比如我這個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器是500線的,就是轉(zhuǎn)一圈輸出500個(gè)脈沖.因此,我只要在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸出端輸出的脈沖數(shù),我就可以計(jì)算出車輛的速度.顯然,這個(gè)速度可以用來作為PID速度調(diào)節(jié)的反饋. 現(xiàn)在有了反饋,我們需要的是調(diào)節(jié)智能車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度了,如何來調(diào)速,就成了必須解決的問題了.我用的是驅(qū)動(dòng)芯片MC33886. 其實(shí),這個(gè)芯片就是一個(gè)功率放大的模塊.我們知道,單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)還是TTL信號(hào),是不能直接用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的.非要通過功率模塊的放大不可.這個(gè)道理其實(shí)很簡(jiǎn)單,就像上次我給大家畫的哪個(gè)電子琴電路的放大電路一樣: 看上面的那個(gè)三極管,就是將TTL電路的電流放大,才能夠來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器.其實(shí)這里的這個(gè)MC33886就是這樣的一個(gè)作用.而且我們自己也完全可以用三極管自己搭建一個(gè)這樣的功率放大電路,當(dāng)然,驅(qū)動(dòng)能力肯定不如這里的這個(gè)MC33886(如我們用三極管就搭建了超過MC33886的電路,摩托羅拉就不會(huì)賣幾十塊錢一個(gè)了.呵呵.)知道了這個(gè)MC33886的工作原理,就好說了,一句話,通過PWM來調(diào)節(jié)電機(jī)的速度.當(dāng)方波中高電平占的比例大,電機(jī)的平均電壓肯定高,轉(zhuǎn)速肯定快.也就是說,PWM的占空比越大,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高. 看,就這么簡(jiǎn)單,這個(gè)智能車就做好了.接下來,我們就把我們知道的PID知識(shí)放到舵機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制中去.就可以達(dá)到一個(gè)比較好的控制效果. 如果要達(dá)到更高的水平,肯定機(jī)械方面的改造也少不了.當(dāng)然,這不屬于本文的討論范圍.呵呵. 基于單片機(jī)的電子琴設(shè)計(jì) 發(fā)表于 2008/11/14 11:02:11 如果我寫得好,請(qǐng)頂我一下,我將再接再厲 很多朋友喜歡搞一些聲光的東西,因?yàn)槟芸吹?能聽到,比搞個(gè)什么通信濾波要好玩多了.好!我們就開始做個(gè)電子琴.甚至做一個(gè)簡(jiǎn)單的"MP3",呵呵,從簡(jiǎn)單開始.我們先做電子琴,下一節(jié)再做"MP3". 首先,因?yàn)槭前l(fā)聲裝置,我們得先了解發(fā)聲的原理是什么,這有助于我們接下來的編程: 1.聲音是由于物體震動(dòng)產(chǎn)生的. 2.電流的變化通過線圈就可以使磁場(chǎng)發(fā)聲變化. 上圖是一個(gè)喇叭的工作原理.不知道大家看明白了沒有.喇叭的電磁鐵的電源是接到我們的發(fā)聲電路上.當(dāng)電路中的電路發(fā)生變化時(shí),電磁鐵的吸引力也發(fā)生變化.因此就會(huì)吸合鐵皮.吸合鐵皮的時(shí)候也帶動(dòng)了薄膜的運(yùn)動(dòng).如果這個(gè)吸合過程非常的快.那么薄膜就會(huì)發(fā)生高頻的震動(dòng).這個(gè)震動(dòng)就會(huì)發(fā)出聲音. 上面只是一個(gè)示意圖.實(shí)際上的喇叭并不是磁鐵吸音鐵框的問題,鐵框往往也會(huì)換成一個(gè)磁鐵,不過是永磁鐵,這樣不但可以吸引,還可以排斥.聲音幅度更大. 好了,總而言之一句話,就是來來回回的震動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生聲音. 接下來,我們開始制作吧:電路相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單: 看到了吧,電路非常的簡(jiǎn)單.下面是四個(gè)鍵盤的按鍵開關(guān).上面就是一個(gè)三極管的放大.有人說,我直接接到單片機(jī)上就不行.完全可以!我為什么說是個(gè)電流放大呢,就是要發(fā)生的功率大,聲音大.如果你將蜂鳴器直接接到單片機(jī)的IO口上,當(dāng)然是可以的.但是只是用來驗(yàn)證用的,聲音太小,實(shí)際中是沒有用處的. 不過,我可得提醒你: 你如果這樣接,那就不對(duì)了.為什么?問題就在于,單片機(jī)的IO口的驅(qū)動(dòng)能力是絕對(duì)有限的,你現(xiàn)在讓它直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)功率比較大(比較LED而言)蜂鳴器,是比較吃力的.但是你卻可以這樣設(shè)計(jì): 什么?沒有發(fā)現(xiàn)有什么不同?呵呵,看看,蜂鳴器的電壓方向變了.為什么這樣做,這就是一個(gè)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)問題了:單片機(jī)的IO口吸收電流的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其提供電流的能力.所以不管是驅(qū)動(dòng)蜂鳴器還是驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管,都要做成低電平有效的這種形式,切實(shí)有效! (本人的實(shí)驗(yàn)板,具備上述模塊,其原理圖和上述完全一致.有實(shí)驗(yàn)板的朋友可以接著往下做了) 好了,硬件連接OK了,我們趕緊開始我們的編程吧: 我先說說算法,要實(shí)現(xiàn)一定頻率的震動(dòng),不就是將IO端口進(jìn)行一定頻率的開和關(guān)就是了.要進(jìn)行一定頻率的開和關(guān),就必須有一個(gè)計(jì)數(shù).在這里,定時(shí)計(jì)數(shù)器就比較合適了.自動(dòng)重裝載模式顯然比較合適.我們來看看程序吧(鑒于c語言良好的可閱讀性,我們先用c語言來編寫): #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define SOUNDER P0_BIT2 //用宏定義端口,直觀.如以后更改,方便 #define S1 P2_BIT4 #define S2 P2_BIT5 #define S3 P2_BIT6 #define S4 P2_BIT7 #define YES 0 #define NO 1 int YIN[7][2]; //定義一個(gè)音階數(shù)組,存放計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初始值. int Dir="3",i; void TimerInit() //計(jì)數(shù)器初始化函數(shù). { TMOD="0x21"; TL0=0; TH0=0; TH1=0xE8; TL1=0xE8; PCON=0x00; TR0=1; TR1=1; SCON=0x50; } void main() { // 261 1 //低音叨 頻率261 YIN[0][0]= (65536-10000/261/2*100)%256; YIN[0][1]= (65536-10000/261/2*100)/256; // 294 2 YIN[1][0]= (65536-10000/294/2*100)%256; YIN[1][1]= (65536-10000/294/2*100)/256; // 330 3 YIN[2][0]= (65536-10000/330/2*100)%256; YIN[2][1]= (65536-10000/330/2*100)/256; // 349 4 YIN[3][0]= (65536-10000/349/2*100)%256; YIN[3][1]= (65536-10000/349/2*100)/256; // 392 5 YIN[4][0]= (65536-10000/392/2*100)%256; YIN[4][1]= (65536-10000/392/2*100)/256; // 440 6 YIN[5][0]= (65536-10000/440/2*100)%256; YIN[5][1]= (65536-10000/440/2*100)/256; // 494 7 YIN[6][0]= (65536-10000/492/2*100)%256; YIN[6][1]= (65536-10000/492/2*100)/256; EA="1"; //開CPU中斷 ET0=1; //開定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷 TimerInit(); //調(diào)用初始化計(jì)數(shù)器函數(shù) for(;;){} ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void TimerOverFlow () interrupt 1 //定時(shí)器中段函數(shù) { if(S1= =YES) { SOUNDER=!SOUNDER; TL0=YIN[0][0]; TH0=YIN[0][1]; } if(S2= = YES) { SOUNDER=!SOUNDER; TL0=YIN[1][0]; TH0=YIN[1][1]; } if(S3= =YES) { SOUNDER=!SOUNDER; TL0=YIN[2][0]; TH0=YIN[2][1]; } if(S4= =YES) { SOUNDER=!SOUNDER; TL0=YIN[3][0]; TH0=YIN[3][1]; } // Clear the flag TF0=0; } 相信大家看得明白程序,很簡(jiǎn)單.下載到單片機(jī)上以后,按S1鍵,蜂鳴器發(fā)出低音1(叨)的聲音.按S2發(fā)2(ruan)的聲音... 基于單片機(jī)的數(shù)字PID實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速(智能車) 發(fā)表于 2008/11/12 9:45:33 現(xiàn)在做很多的智能車,都需要對(duì)車速進(jìn)行控制.或勻速或變速,在調(diào)速算法中,PID的經(jīng)典永垂不朽. 其實(shí),簡(jiǎn)單的51單片機(jī)尚能輕易的實(shí)現(xiàn)平滑良好的調(diào)速,更不用說性能優(yōu)良的單片機(jī).然而,要做到最好,是需要很高的專業(yè)水平和動(dòng)手能力.但是,工程上能達(dá)到我們的目標(biāo)即可. 抱著"夠用就好"的思想,我們來開始我們的調(diào)速旅程: 所謂的PID是肯定基于一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)而言的,什么是閉環(huán)系統(tǒng)呢,我簡(jiǎn)單的介紹一下: 看上面的這個(gè)系統(tǒng),就不是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),而是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng).再看下面的這個(gè)就是閉環(huán)系統(tǒng): 上圖這個(gè)系統(tǒng)就是典型的閉環(huán)系統(tǒng).大家也許看出來了,"開環(huán)"系統(tǒng),就是系統(tǒng)沒有反饋,是個(gè)"打開的環(huán)",而閉環(huán)系統(tǒng),是有反饋的,是一個(gè)完整的環(huán)形. 正是這個(gè)反饋,就可以將當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳遞給系統(tǒng)控制端,如果電機(jī)轉(zhuǎn)速快了,控制器就讓它慢點(diǎn)(比如可以降低電機(jī)兩端的電壓),同樣,如果速度傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)速低了,就應(yīng)該讓電機(jī)兩端的電壓提高一點(diǎn).就是在這樣的不斷矯正中,電機(jī)的速度會(huì)保持恒定.當(dāng)然,這個(gè)矯正的周期是非常短的,矯正的速度是很快的. 有人說,不就是多了就少點(diǎn),少了就多點(diǎn)嘛,干嘛使用什么玄乎的PID? 對(duì),你說對(duì)了,"多了就少點(diǎn),少了就多點(diǎn)"這本身就是PID里面的一種:P控制--只使用了P算法. 接下來我們就看看到底什么是PID,為什么要使用PID,怎么樣使用PID: P--比例 I--積分 D--微分 我們來一條一條的講解P,I,D的含義及其意義: P--比例部分 這個(gè)很好理解.比如說,速度傳感器發(fā)現(xiàn),當(dāng)前速度是1200(每分鐘).而我們?cè)O(shè)定的速度值為1000,那么就差別了200,這時(shí),如果我設(shè)定P為0.1,如果輸入的電壓就應(yīng)該是Uo-0.1x200.看到了沒有,這里的比例的意思就是"倍數(shù)",就是你要把這個(gè)偏差放大多少倍."放大"本身就是一個(gè)比例嘛.知道了這個(gè),你就可以寫一個(gè)PID控制里面的P控制了.很多時(shí)候,不需要I和D控制,單單一個(gè)P控制就足夠了.到了這里你就可以控制電機(jī)的速度了. I--積分部分. 這個(gè)積分其實(shí)也很好理解.它是一個(gè)積分運(yùn)算.有的時(shí)候偏差不是很大,所以繼續(xù)運(yùn)行下去,會(huì)使系統(tǒng)存在一個(gè)偏差.但是你如果使用I運(yùn)算將這個(gè)偏差累加起來,到了一定大小的時(shí)候就進(jìn)行處理.這樣就能防止系統(tǒng)的誤差累計(jì).其實(shí),在程序中,這個(gè)過程就是對(duì)一個(gè)小偏差的連續(xù)累加罷了. D--微分部分. 這個(gè)部分也比較好理解.所謂的微分就是對(duì)變量求導(dǎo)唄,意思就是一個(gè)量的變化率唄.所以,微分部分就是能夠?qū)⒆兞孔兓史湃胗?jì)算中.這個(gè)量在邊城中其實(shí)就是求上次的偏差和這次的偏差的差罷了. 其實(shí),在溫度控制中PID還是比較有效的,但是在于電機(jī)控制這種速度經(jīng)常變化的場(chǎng)合,一個(gè)參數(shù)整定好的P控制就能完成任務(wù).為了便于大家的理解,我給大家舉一個(gè)例子吧: 關(guān)于對(duì)51單片機(jī)端口上拉電阻的討論 發(fā)表于 2008/11/11 22:28:33 前一段時(shí)間,看到實(shí)驗(yàn)室有個(gè)學(xué)弟設(shè)計(jì)了一個(gè)電路,其中還有一個(gè)鍵盤電路,取其原理是這樣子的: 據(jù)這位師弟的意思是:在沒有按下按鍵的時(shí)候,端口上是低電平,按下按鍵的時(shí)候端口上接上了高電平. 事實(shí)上,電路是不工作的. 問題比較多: 首先,將電源直接接到端口上是絕對(duì)不可以的.當(dāng)按下按鍵的時(shí)候,會(huì)有很大的電流進(jìn)入單片機(jī).在工程上,這種往往應(yīng)該加限流電阻的.一般選擇1K的就可以.如果選擇太大的電阻也不好,因?yàn)殡娮枭厦鎵航堤?造成輸入比應(yīng)有的高電平低,造成錯(cuò)誤. 其次,就算加了限流,這個(gè)電路也是不能工作的.檢查AT89C51的DataSheet就會(huì)發(fā)現(xiàn).技術(shù)手冊(cè)中說:P0口是沒有上拉電阻的端口;P1,P2,P3口帶有上拉電阻.問題就出在這里,什么是上拉電阻,來看看圖: 上面這個(gè)圖,是紅外線接收的電路圖,看上面的這個(gè)電阻,就是上拉電阻.我們可以試圖理解一下51單片機(jī)P2口的這個(gè)上拉電阻為這種形式: 其中的R就是上拉電阻.如果像我的那個(gè)師弟那樣設(shè)計(jì)電路,電路就成了以下這種形式了: 看,從這個(gè)電路上,我們可以清晰的看出,不管你按鍵是否按下,IO端口上都是高電平.問題就在這里,我讓我的這個(gè)師弟測(cè)測(cè)IO端口的電平在按下按鍵前后的變化,結(jié)果果然不出所料:不管他是否按下按鍵,都是高電平!! 從這里我們可以看出:DataSheet還是有用的,在設(shè)計(jì)的時(shí)候,有很多細(xì)節(jié),需要注意,否則,可能功虧一簣. 基于或門的超級(jí)簡(jiǎn)單的液位傳感器 發(fā)表于 2008/11/11 16:29:04 前一陣子,在實(shí)驗(yàn)室,看到一個(gè)朋友在那里拿著一個(gè)盒子鉆,敲,打...滿頭大汗,嘴里還嘀咕著... "你在做什么呢?" "我在做一個(gè)液位傳感器,這個(gè)杠桿浮漂真不好弄!" "你最近不是做液位控制,你如果用機(jī)械杠桿,你怎么采集數(shù)字信號(hào)到單片機(jī)?" "我會(huì)在杠桿上安裝一個(gè)角度傳感器...". 看來真是個(gè)麻煩的事情... 回頭突然想起,我小學(xué)的時(shí)候,給我媽媽做了一個(gè)檢測(cè)下雨的東西.好像是五年級(jí)的時(shí)候,就是那種平板,下上雨了以后,就會(huì)觸發(fā)相關(guān)的電路(當(dāng)年我是接上了一張生日賀卡里面的音樂芯片). 要說,當(dāng)初,我還記得,書上好像是叫那種電路為"或門",當(dāng)初我怎么都不理解,但是現(xiàn)在看來,原理是多么的簡(jiǎn)單. 看看電路: 當(dāng)年的電路是這樣子的,就是在板子上有水,就會(huì)接通兩端的電路.很好理解,只有有一處接通,整個(gè)電路就是通的,是一個(gè)邏輯上"或"的關(guān)系,所以叫或門.當(dāng)然除了或門,肯定還有"與門". 既然能夠檢測(cè)到雨水,那怎么就不能檢測(cè)液位呢(這里的液體也是水.),當(dāng)然我們需要的是要將電路進(jìn)行些許的改裝.我就為我這個(gè)朋友設(shè)計(jì)了一個(gè): 你看,我分開處理,大不了我挨著掃描一次看看1到11的引腳,哪里檢測(cè)到了水位(檢測(cè)到電壓),我不就可以方便的檢測(cè)到液位了. 你可能要說:這個(gè)占用IO口也太多了吧...不要緊!來,實(shí)用一個(gè)138譯碼器不就可以了,有選擇的讀取其中的某個(gè)引腳. 就這么小的一個(gè)小東西,做出來,拿到現(xiàn)場(chǎng)一試--"屢試不爽",試驗(yàn)多次,沒有出現(xiàn)過一次誤報(bào),簡(jiǎn)單但是好用. 由這個(gè)問題我們看出來了:小學(xué)教育是多么的重要啊... 基于反射式紅外線的測(cè)距傳感器 發(fā)表于 2008/11/9 23:14:13 如果我寫得好,請(qǐng)頂我一下,我將再接再厲! 前陣子做個(gè)小車玩,是走迷宮的那種.苦于沒有所謂的距離傳感器,就自己做個(gè)吧.結(jié)果也犯了不少錯(cuò)誤.現(xiàn)和大家分享. 買了幾個(gè)兩毛錢一個(gè)的發(fā)射管(注意,不是發(fā)光二極管,雖然長(zhǎng)得一樣,但是這個(gè)是發(fā)射紅外線,你可能肉眼看不出它再發(fā)光,但是你若是用手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)的攝像頭看,你就會(huì)看到它的光). (發(fā)射管) (接收管) 看來比較簡(jiǎn)單,一個(gè)發(fā)射,一個(gè)接受.發(fā)射管發(fā)射紅外線,遇到遮擋就會(huì)反射回來(遮擋是黑色的除外,因?yàn)楹谏樟思t外線),接收管接收到紅外線以后阻值發(fā)生了變化,因此可以利用電阻分壓改變輸出電壓.看看電路: 發(fā)射電路,一開始我就是這樣,一個(gè)限流電阻直接發(fā)射管(紅外線發(fā)光管).后來發(fā)現(xiàn)一個(gè)隨之而來的問題,就是多個(gè)傳感器工作時(shí)電流比較的大,達(dá)到0.5A左右.而且傳感器發(fā)熱嚴(yán)重.要知道,發(fā)熱嚴(yán)重,性能就會(huì)嚴(yán)重的降低.于是想到,是不是可以在需要的時(shí)候開通,不需要的時(shí)候關(guān)閉.形成這種掃描式的.結(jié)果衍生出了以下的電路: 這個(gè)電路的原理也是一目了然的:當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出高電平時(shí),R1所在的支路有電流I1,因此R2所在的支路就有I1*E(E為三極管的放大倍數(shù),比如我用的是30).這樣,三極管就相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān).單片機(jī)輸出1的時(shí)候,發(fā)光管接通,單片機(jī)輸出0的時(shí)候,發(fā)光管截止.這樣就起到了用單片機(jī)來控制發(fā)光管關(guān)閉的效果. 經(jīng)過實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該電路效果非常的明顯.在大多數(shù)情況下,電流表幾乎檢測(cè)不到電流的所在.用精密的電流表,發(fā)現(xiàn)電流在5MA左右.而且整個(gè)電路的檢測(cè)距離更遠(yuǎn),更準(zhǔn)確.具體分析其原因是:長(zhǎng)時(shí)間處于發(fā)光狀態(tài),發(fā)熱嚴(yán)重,發(fā)光管效率降低,電阻增大,發(fā)射功率降低.而間歇發(fā)射,發(fā)光管發(fā)光效率更高,更省電. 至于接受電路,我使用的就比較的簡(jiǎn)單. 其中,Sout為信號(hào)的輸出.其實(shí)這個(gè)電路就太簡(jiǎn)單了,你看.紅外線使著接收管的電阻發(fā)生了很大的變化,所以兩個(gè)電阻的比值就發(fā)生了變化,根據(jù)分壓原理,輸出的電壓值也就改變了. 接下來的問題就是對(duì)現(xiàn)在的這個(gè)高電壓和低電壓進(jìn)行處理.有人說,直接接到單片機(jī)上進(jìn)行編程不就可以了?不是的!注意,這里的輸出電壓雖然也有高和低,但是這里的電壓是個(gè)"模擬量",不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平.舉個(gè)例子,我測(cè)得有反射(前方有障礙物)的時(shí)候,電壓是4V,沒有發(fā)射(前方?jīng)]有障礙物)的時(shí)候,電壓是2.1V.顯然,你如果直接接到單片機(jī)上,單片機(jī)收到的都是高電平. 處理的辦法有兩個(gè):使用AD轉(zhuǎn)換或是使用電壓比較器. 這兩個(gè)方法各有各自的優(yōu)缺點(diǎn),我們來分析一下: 一.AD轉(zhuǎn)換 大家都知道,就是將輸出的電壓值,用AD芯片進(jìn)行數(shù)字化,比如5V轉(zhuǎn)換成了1200.等等...這樣做的好處是顯而易見的,我們能夠方便的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.比如,我們令數(shù)值小于300的表示沒有檢測(cè)到障礙物或是障礙物比較的遠(yuǎn).數(shù)值大于300的表示檢測(cè)到障礙物.而且硬件上也比較的簡(jiǎn)單,直接將輸出接到AD的輸入引腳即可(現(xiàn)在的許多MCU內(nèi)部都自帶ADC,所以根本就不需要外圍電路,直接接上即可).這樣做的不足也有,就是你需要編寫AD檢測(cè)的程序,而且占用CPU時(shí)間. 二.比較器 所謂的比較器,就是電壓比較器,看電路: 看,就是這么個(gè)簡(jiǎn)單的電路,當(dāng)Ui>U時(shí),Uo一直是低電平;當(dāng)Ui20000?20000:SumErr; } Else SumErr=0; //清除積分累加。 Uk=KP*E[k]+SumErr/KI; //計(jì)算比例+積分。其實(shí)1/KI才是積分常數(shù)。 Turn(Uk); //輸出。 如上面的組圖所示，積分作用有助于消除系統(tǒng)誤差，但是過大或過小的積分系數(shù)都將使系統(tǒng)品質(zhì)降低。經(jīng)過反復(fù)試湊，最終選取積分常數(shù)KI=0.003。 （4）微分項(xiàng)的整定 以上的PI控制器，從圖3.9的響應(yīng)曲線上來看，已經(jīng)達(dá)到了令人滿意的效果。系統(tǒng)的靜差已經(jīng)基本消除，系統(tǒng)運(yùn)行已經(jīng)基本滿足要求。但是系統(tǒng)仍然存在不能忽略的超調(diào)，有時(shí)候這種超調(diào)會(huì)讓機(jī)器人手臂的定位感覺非常的僵硬，因此需要進(jìn)一步將其去掉。 PID控制源代碼： #define k 1 E[k]=TargetValue-ADValue; //計(jì)算當(dāng)前偏差。 if(abs(E[k])<50) //在一定范圍內(nèi)才投入積分 { SumErr+=E[k]; SumErr=SumErr>20000?20000:SumErr; } Else SumErr=0; //清除積分累加。 Uk=KP*E[k]+E[k]/KI+KD*(E[k]-E[k-1]); //計(jì)算比例+積分+微分。 Turn(Uk); //輸出。 E[k-1]=E[k]; //更新E[k-1] 從圖3.11中的圖像對(duì)比中，可以發(fā)現(xiàn)微分作用避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)，合適的微分項(xiàng)使得系統(tǒng)超調(diào)變小，改善了系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。經(jīng)過多次試湊，確定PID的參數(shù)為KP=3，KI=0.003，KD=40。 單片機(jī)基礎(chǔ)教程(AT89C51)--串行通信 發(fā)表于 2008/12/1 21:35:24 今天我們來開始單片機(jī)的通信實(shí)驗(yàn)。我們知道，單片機(jī)的通信接口是RXD（接收端）和TXD（發(fā)送端），要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)的通信，只要將兩個(gè)單片機(jī)的RXD和TXD交叉連接就可以了（一個(gè)單片機(jī)的RXD接另一個(gè)單片機(jī)的TXD，TXD接另一個(gè)單片機(jī)的RXD）。 好了，硬件連接就這么簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在我們開始寫程序吧。要完成個(gè)什么任務(wù)呢？就用一個(gè)單片機(jī)做主機(jī)向另一個(gè)單片機(jī)發(fā)信息，用主機(jī)單片機(jī)控制從機(jī)的發(fā)光二極管亮吧。 首先必須規(guī)定一下：當(dāng)主機(jī)的按鍵1按下的時(shí)候，發(fā)送0x41給從機(jī)（剛?cè)唬銗垡?guī)定成什么就規(guī)定成什么），而從機(jī)呢，只要收到0x41就讓第一個(gè)發(fā)光二極管亮；當(dāng)主機(jī)的按鍵2按下是，就發(fā)送0x42給從機(jī)，從機(jī)只要收到0x42就使第二個(gè)放光二極管亮；以此類推，總共四個(gè)按鍵，控制從機(jī)的四個(gè)二極管。 下面開始編程吧，先寫主機(jī)（發(fā)送方）的程序，當(dāng)然也是從查詢開始： #include #define S1 P2^4 #defin