51小车软件手册.doc

51小车作为一种入门小车，其基本原理与飞思卡尔比赛的小车相似，共分为硬件和软件两个部分。其中软件部分可分为传感器数据采集，舵机控制，速度控制等，这里现在对51小车的软件进行一个详细的介绍1.程序思路概述：首先51单片机需要通过红外传感器监测道路信息，然后将传感器得到的数据进行转换。最后将转换后的数据通过某种控制算法，计算出舵机和电机的控制量，使小车能够沿着跑道行驶。主体控制流程可以表示为如下图形：2.程序算法2.1数据采集 小车传感器为个红外对管，经过电压比较器后，每个红外对管都有和两种状态。因此，个红外对管产生的数据刚好为个字节。因此程序有两种方式将这位数据读入：1、可以将/口数据当做一个字节，直接赋给一个字符变量；2、将8位数据按位读取，分别赋给字符变量的每一位。我们的示例程序中采用的就是第二种方法。2.2数据处理 由于读入的数据并不方便直接参与控制计算，因此先将该数据集分成类，分别对应于小车不同的位置信息，由-7+7表示，其中+7表示引导线位于小车最左侧，0表示引导线位于小车中部，-7表示引导线位于小车最右侧，8表示未检测到引导线或其他错误情况。2.3控制算法上面的转换后的数据可以作为控制计算的输入，即小车与赛道的偏差信息。方向的控制算法可以采用位置型PD算法。 其中为比例环节，简单的说就是根据当前小车与赛道的偏差直接进行控制，偏离多少就转多少，偏离越多，舵机转向越多。可以通过调节比例系数改变转向的幅度。系数越大，转向幅度越大，转向越快。称为微分环节，这里的微分信息指上面偏差信息的微分，可以简单理解为小车偏离赛道的速率。可以简单的将本次的偏差信息与上一次偏差的差值算作微分项。微分项的控制方法是说，小车偏离跑道越快，方向就要转的越多，反之则转向越小。因此当小车逐渐靠近跑道时，微分项可以使小车偏转量减小，使小车不至于偏向另一边。可以通过改变微分项的系数来改变这种调节作用的程度。一般来讲，微分系数越大，小车对于弯道的响应就越灵敏，行驶时也更稳定。由于小车在不同的位置时，可能需要不同的比例系数或微分系数，因此可以考虑在不同的情况下，采用不同的系数进行运算。示例程序中采用的就是这种方法。 速度控制也可以采用算法进行控制。为了使程序简单化，示例程序中采用了匀速的控制方式。想要提高成绩的同学可以自行加入速度控制程序.生成 由于51单片机没有PWM模块，因此需要通过通用I/O口进行模拟来输出舵机和电机所需的PWM波。 可以分别使用一个定时器来作为一路PWM波的计时器。先将I/O口置位，通过高电平时间确定好定时器的初值，当定时器产生中断时，再将I/O口清零，并设定低电平时间，由此循环即可产生PWM波。其中，高电平时间由上面的控制计算得出，低电平时间由PWM周期减去高电平时间得到。#include /包括一个52标准内核的头文件#include /*定义数据类型（方便移植）*/typedef unsigned char UINT8;typedef char SINT8;typedef unsigned int UINT16;typedef int SINT16;/*/*定义布尔值（增强程序可读性）*/#define HIGH_LEVEL 1#define LOW_LEVEL 0/*/*定义相关常数（移植于不同的小车时，需根据实际情况改变该常数*/#define SERVOMID 1270/舵机中值#define SERVOMOSTLEFT 1680/舵机左值#define SERVOMOSTRIGHT 870/舵机右值#define SERVO_PERIOD 20000/舵机PWM周期：20ms，晶振12M公式：计数值=定时时间*晶振/频率/12，如20ms：计数值=0.02 s * 12 000 000 Hz/12 = 20000#define MOTOR_PERIOD 10000/电机PWM周期：10ms，晶振12M/*/*输出口定义*/sbit SevorPort = P01; sbit MotorPort = P06; sbit P20 = P20;sbit P21 = P21;sbit P22 = P22;sbit P23 = P23;sbit P24 = P24;sbit P25 = P25;sbit P26 = P26;sbit P27 = P27;/*/*定义公共变量*/UINT8 KServoD=10;/舵机D参数UINT8 KServoP5=65,40,10,40,65;/舵机分段P参数UINT8 SampleData=0;/采样数据SINT8 Offset=0;/当前赛道位置SINT8 LastOffset2=0;/上一次赛道位置UINT16 SevorPWM=0;/舵机PWM高电平时间UINT16 MotorPWM=0;/电机PWM高电平时间/*/*初始化函数*/void Init(void)TMOD=0x11;/定时器0，16位工作方式;定时器1，16位工作方式TR0=1;/启动定时器0TR1=1;/启动定时器1ET0=1;/打开定时器0中断ET1=1;/打开定时器0中断EA=1;/打开总中断/*数据采样函数*/void Sample(void)SampleData=0;if(P20=0)SampleData|=0x01;if(P22=0)SampleData|=0x02;if(P21=0)SampleData|=0x04;if(P23=0)SampleData|=0x08;if(P24=0)SampleData|=0x10;if(P26=0)SampleData|=0x20;if(P25=0)SampleData|=0x40;if(P27=0)SampleData|=0x80;/*确定赛道位置*/void ConfirmLocation(void)switch(SampleData)/根据采集到的值进行判断case 0x80:Offset=7;break;/1000 0000最左边1个光电传感器检测到黑线case 0xc0:Offset=6;break;/1100 0000最左边2个光电传感器检测到黑线case 0x40:Offset=5;break;/0100 0000依次类推case 0x60:Offset=4;break;/0110 0000case 0x20:Offset=3;break;/0010 0000case 0x30:Offset=2;break;/0011 0000case 0x10:Offset=1;break;/0001 0000case 0x18:Offset=0;break;/0001 1000case 0x08:Offset=-1;break;/0000 1000case 0x0c:Offset=-2;break;/0000 1100case 0x04:Offset=-3;break;/0000 0100case 0x06:Offset=-4;break;/0000 0110case 0x02:Offset=-5;break;/0000 0010case 0x03:Offset=-6;break;/0000 0011case 0x01:Offset=-7;break;/0000 0001default:Offset=8;break;/其余情况包括跑道丢失于检测错误/*赛道位置数据滤波（减少某次采样错误对系统的干扰）*/void Filter(void)if (Offset=8)/滤除错误信号，没有检测到黑线（是需要保持上一次测量值的）Offset=LastOffset0;else if(abs(Offset-LastOffset0)5) /滤除尖峰信号Offset=LastOffset0; /*舵机控制函数*/void ServoCtrl(void)UINT8p=0,d=0;SINT16 PID=0;if(Offset=-7&Offset=-4&Offset=-1&Offset=2&Offset=5&OffsetSERVOMOSTLEFT)SevorPWM=SERVOMOSTLEFT;/限幅if(SevorPWMSERVOMOSTRIGHT)SevorPWM=SERVOMOSTRIGHT; /限幅/*舵机测试函数*/ServoTest()/ SevorPWM=SERVOMID;/测试舵机中值SevorPWM=SERVOMOSTLEFT;/测试舵机极左值/ SevorPWM=SERVOMOSTRIGHT;/测试舵机极右值/*速度控制函数*/void MotorCtrl(void)MotorPWM=3000;/*数据存储函数*/void SaveData(void)static UINT8 TCnt2=0;if(TCnt2=20)LastOffset1=LastOffset0;TCnt2=0;TCnt2+;LastOffset0=Offset;/*主函数*/void main(void)Init();/初始化while (1)Sample();/采样ConfirmLocation();/确认黑线位置Filter();/滤波ServoCtrl();/舵机控制/ServoTest();/舵机测试MotorCtrl();/电机控制SaveData();/*舵机定时器中断函数*/void TC0Isr(void) interrupt 1static UINT8 TC20msFlag=LOW_LEVEL;/舵机输出状态标志UINT16 LowlvlTime=0;UINT16 HighlvlTime=0;if(TC20msFlag=HIGH_LEVEL)LowlvlTime=65535-(SERVO_PERIOD-SevorPWM);TH0=LowlvlTime/256;TL0=LowlvlTime%256;SevorPort=LOW_LEVEL;TC20msFlag=LOW_LEVEL;elseHighlvlTime=65535-SevorPWM;TH0=HighlvlTime/256;TL0=HighlvlTime%256;SevorPort=HIGH_LEVEL;TC20msFlag=HIGH_LEVEL;/*电机定时器中断函数*/void TC1Isr(void) interrupt 3static UINT8 TC10msFlag=LOW_LEVEL;/舵机输出状态标志UINT16 LowlvlTime=0;UINT16 HighlvlTime=0;if(TC10msFlag=HIGH_LEVEL)Low