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文档简介
LIAOYong(Alan)Introductionto
EmbeddedSystems
Chapter3ModelVehicleControlSystem
1OUTLINEThereisamodelvehicle4cartwheels;2motors:Oneissteeringengine(130sBrushlessmotor)thatisusedtocontrolthefronttwocartwheels;theotherisspeedmotor(BrushlessESC(ElectronicSpeedController))thatisusedtodrivethereartwocartwheels;1batter;1freescale5213card(MCF5213);1ultrasonicsensor(SRF05);1LCD(LCD1602).YourmissionDrivethemodelvehicletogoaheadwhilekeepsitatagivendistance(50cm)
fromawall.
1OUTLINE1OUTLINERequirementsDetect(Acquire)thecurrentdistancefromthewallinrealtimebytheultrasonicsensor;DisplaythedetecteddistancebytheLCD;Drivethesteeringengineandspeedmotortocontrolthemodelvehicletogoaheadwhilekeepsitat50cm
fromthewall;YourprogramrunsonthetopofuC/OSⅡ;Codewarrior,C&Assemblelanguage.Howtodothis?2Problem(P1)P1:Howtodetectthedistanceinreal-time?Velocityofultrasonicis340meter/s;Distance=(
*340m/s)/2;Howtogetthe
TimeDuration?TimeDuration3Problem(P2),(P3),(P4)P2:HowtodrivethesteeringenginetoturnLeft/Right?Givenaturningangle,Howtoimplementthe“turning”command?P3:Howtodeterminetheturningangleineachadjustment?P4:Howtoorganizeanddesignthesoftwarearchitectureonthetopofuc/OSII?DFD(DataFlowDiagram)Taskstructure4ImplementtheabovedesignonthetopofuC/OSⅡ
Taskmanagement:OSTaskCreate()
MailBox:OSMBoxCreate()OSMBoxPost()OSMBoxPend()
Synchronize:OSSemCreate()OSSemPost()OSSemPend()
Mutex:OSMutexCreate()OSMutexPost()OSMutexPend()Interrupt:OSVectSet()............APIsprovidedbytheuC/OSⅡ?4ImplementtheabovedesignonthetopofuC/OSⅡMCF_GPIO_PORTDD&=~Trig//producea20uspulse
TestTimeSum=Gettime[1]-Gettime[0]//CalculatethedistanceInterfacesforultrasonicOSSpeeddown()OSSpeedup()OSTurnLeft()OSTurnRight()InterfacesforPWMLCDWcmd()//DeterminethepositionontheLCD
LCDWdata()//DisplaythegiveninformationLCDShowChar()//DisplaythedetecteddistanceInterfacesforLCD5Howtodesignamoreperfectcontrolsystem?Moresensors(Agroupofphotoelectricsensors)MoretasksPerfectcontrolalgorithmOptimizeyourprogramResponsibility,StabilityOthercontrolapplications……Q&ATestTimeSum=(GetTime[1]-GetTime[0])Time
Duration=F(TestTimeSum)ScanCalculatethedistance(TestDst),accordingtotheoriginaldata(GetTime[0],GetTime[1])fromGPT)Calculatethedistanceerror(ScanResult),accordingtotheincreasingPID(Proportion,Integral,Differential)controlalgorithmCarAdjusttheturningangleofthesteeringengine,accordingtotheScanResultandagivenadjustmentpolicySendtheadjustmentcommandstothesteeringengineShowGOSetpointr(t):Theset-pointofthedesireddistance(50cm)
c(t):Thedetecteddistance(TestDst)Where:e(k),e(k-1),e(k-2)aresuccessiveerrorsof3times.
∆(u)isthecontrolleroutput,alsotheadjustmentamountofthedistance.e(t)=r(t)-c(t),Where:PIDisalinearcontrolPcontrol:Improvetheresponsibilitywhenerrorhappens.Icontrol:Eliminatetheresidualerror(AfterthePcontrol,ifthecontrolledTestDstdoesnotreturntosetpoint,thereexistsaerrorbetweenthesetpointandthevaluethathasbeenadjustedbythePcontrol).Dcontrol:Decreasethedynamicerror.Theadjustmentisbasedontheerrorvariationrateoftheprevious3periods.Thusthestabilityisimproved.PWM:Pulse-WidthModulor
TherelationbetweentheturningangleandDutyratio(turningangle--Pulsewidth--
Dutyratio)(PulsewidthofPWM)TurninganglePWMPulsethePeriodis20msDutyratio=0o1.57.5%DIRCT*(1000-75)AnglePulsewidthDutyRatioParameterofPWM-45o1.05.0%DIRCT*(1000-50)45o2.010.0%DIRCT*(1000-100)18o1.78.5%DIRCT*(1000-8
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