【《汽车自适应巡航控制系统的实验研究与应用（论文）》19000字】

汽车自适应巡航控制系统的实验研究与应用目录 21.1汽车自适应发展背景 21.2ACC研究原理及目的意义 2 61.4本文主要工作内容 2.小车自适应巡航系统总体方案及原理 2.1小车工作原理 2.2PID工作原理 2.3PWM控制原理 3.小车采用硬件介绍 3.1STC89C52介绍 3.2L298N模块介绍 3.3LCD1602显示模块介绍 223.4超声波HC-SR06模块介绍 233.5本章小结 25 26 264.2PWM变速驱动电机程序 4.3超声波测距程序 4.4PID保持间距程序 4.5LCD1602显示车距程序 4.6按键检测程序 4.7本章小结 365.实物测试结果 43 441.1汽车自适应发展背景随着近年来汽车工业的飞速发展以及我国公路、高速公路等交通设施的不断完善，我国汽车保有量也在不断上升。截至2021年10月，我国全国汽车保有量已经大幅提高到约2.6亿辆，而平均汽车保有量已增长到平均十人就保有近两辆，已基本达到全球平均水平(李明华，王志国，2022)。而相较于发达国家十人汽车保有量总体在5至8辆的水平，从我国的人口规模、交通硬件发展等相关方面与其他国家的差异进行比较，可知在未来，随着国家GDP的持续增长，带动居民收入增长，实现消费不断增长，带动汽车保有量的提升。我国正在逐步推进城市化、城乡融合，加强交通建设，因此平均汽车保有量依旧还有较大的增长空间在这种情形下，汽车行业规模也在不断发展，而消费者对于汽车相应的功能需求也在逐步提高，显而易见的是汽车行业已经从原本传统的机械装置，开始逐而随着中国进入21世纪后，科技电子技术的不断发展也为汽车智能化发展提供了土壤，目前高级轿车已经搭载相应以智能化为核心的汽车巡航系统作为其的行驶辅助功能。1.2ACC研究原理及目的意义汽车巡航控制系统，它所实现的意义就是让驾驶员不用对汽车进行控制，比如制动或者使用加速踏板等操作，通过汽车智能化处理而让汽车自主地保持稳定行驶的系统。汽车自适应巡航控制(AdaptiveCruiseControl,又称ACC)系统种在行驶过程中对驾驶员进行相应辅助的控制系统。其是基于定速巡航控制 (CruiseControl叶永新，陶玉芬tem)系统上进行进一步发展的汽车控制系统(刘文博，赵丽娟，2021)[2]。定速巡航控制系统所需完成的功能就是在行驶过程中让汽车进行相应的智能化操作，使得驾驶员可以摆脱固定的驾驶动作，既减轻驾驶员的操作疲倦[31,又提高驾驶过程中的安全性(孙志强，周敏慧，2021)。定速巡航控制系统的原理为给定汽车所需定速行驶的固定速度，当进入定速巡航系统功能时，根据这些迹象可以推知通过利用车速传感器实时测算出汽车此时实际行驶的车速，与设定车速进行比较，通过算法进行调节，再将调节结果反馈到控制车速的电子器件处，如给定结果反馈于节气门的执行部门(吴俊峰，徐莉萍，2022)[4],让节气门执行相对应的工作--调节节气门的开放角度，改变发动机的功率以及转矩：实际车距相比较小时，增大节气门开放角度，由此可以明了使得对应发动机的功率、转矩变大，实现发动机的提速；对于这一部分的创作借鉴了章和宁教授的相关主题的研究，主要体现在思路和手法方面，在思路上遵循了其强调的系统性与逻辑性的原则。通过深入分析研究对象的内在结构和运作机制，本研究不仅吸收了章教授提出的多层次、多角度审视问题的方法论，还进一步将这些理念应用于具体实践中以确保研究结果的全面性和准确性。在手法上本文采纳了章教授所提倡的定量与定性相结合的研究方法为研究提供了坚实的数据支持和理论依据。实际车距相比较大时，减小节气门开放角度5,使得对应发动机的功率、转矩变小，实现发动机的减速从而实现实际车速始终与设定车速相符的调节，最终实现根据给定目的车速，维持汽车行驶过程中的匀速行驶的目的(郑建华，黄健雄，2023)。但定速巡航控制系统虽然实现了在驾驶过程中匀速行驶的功能，但由于只是从自身车速得到反馈进行速度的相应调节，对行车环境缺乏一定的勘测以及判断，同时车速固定，基于本文的研究前提这种情况被纳入了研究范围面对比较复杂、拥挤的行车环境时，所起的效果可能就存在一定的局限，可能需要驾驶员进行相应的调节或者手动驾驶。针对于这些问题，汽车自适应巡航控制系统开始发展(谢东亮，林静娴，2024)。汽车自适应巡航控制系统的工作原理是在行车过程中，通过小车前方所安装的距离传感器(超声波传感器等)来持续勘测小车前方的障碍物、行驶车辆等，采集与其相关的信息，通过计算从而得到对应的车距信当采集信息计算得知前方车辆与本车距离很远时，小车按原本行驶的速度进行前进。依据这些特定条件可以推知其发展脉络当主车与前车距离较近，属于安全距离范围时，就对小车速度进行相应控制。采集到的车间距离结合车速传感器采集的自身车速信息，将信息进行综合处理，根据处理结果来控制汽车的纵向行驶速度(罗建辉，高玉洁，2019)。与已有文献结论的一致性，标志着前期研究构思的稳健性得到了实证的支撑。这一结果不仅加深了本文对特定领域内复杂关系的理解，还激发了本文对潜在未知因素的探索兴趣。它提示本文，未来的研究可以更加聚焦于揭示那些尚未被充分理解的机制，以及它们如何与已知因素相互作用，共同塑造出观察到的现象。当进入汽车自适应巡航系统时，汽车会通过实时采集的主车速度来对所需保持的安全距离进行计算给定所需保持的车距。同时，通过汽车前方的车距传感器所采集的实际车距，与给定的保持车距进行比较，汽车自适应巡航控制单元通过与制动系统、发动机控制系统协调动作，输入相关控制信号以及设置参数，改变制动力矩和发动机输出功率、操作油门执行器以及刹车执行器，从而实现对汽车行驶速度的实时控制，根据已有成果可推导出相关结论使得主车能够始终以安全车距，稳定地在前方目标车辆后方行驶。由于通过调整汽车发动机速度来实现车距始终保持一致，因此主车与前车的速度也大致相同，这样也有利于行驶安全，应对突发情况(韩宝强，马秀丽，2021)。相较于以往的定速巡航控制系统，汽车自适应巡航控制系统对于外界的行车环境的勘测更为重要，不仅仅是单从本车的行驶速度出发，而是在定速巡航控制系统中保持匀速行驶的基础上，遵循该理论框架进行研究结论是结合了安全车距的内容，将汽车自身因素与外界行车环境进行综合性考虑，从而实现小车与前车 (二者车间距离较近时)在行驶过程中始终保持固定车距以及相应速度的功能，进一步提高了汽车巡航系统的有效性(程启明，傅志远，2018)。在后续的研究中，会对已有的研究成果进一步从不同的角度进行优化，会重点聚焦于研究方法的创新与改进。尝试引入新的研究工具和实验设计，突破传统方法的局限性。同时，对现有研究方法进行优化组合，提高研究的科学性和严谨性。此外，会开展多方法的对比研究，验证不同方法在不同情境下的适用性和优劣，为后续研究提供更具参考价值的方法论支持。员相应的精神需求(苏博，董丽华，2019)。同时相较于以往驾驶员主动操作的以有效地增加交通车流量，缓解道路压力以及助力交通疏通(余国强，钟慧琳，2020)。在此之外，汽车自适应巡航控制系统可以使汽车的统具有重要的意义，其的应用前景非常良好(孔祥瑞，彭雪梅，2021)。和主动安全技术两部分(姜一鸣，唐晓露，2022)[6]其中自适应巡航控制作为新兴前沿技术，在防止交通事故中扮演着重要角色(曾庆辉，宋雅玲，2023)。汽车自适应巡航控制技术概念最早是在20世纪60年代由美国密里根大学增制与前车之间始终保持相应的安全距离，最终起到提高道振宇，熊静宜，2024)。不过由于当时汽车所装载的执的是自适应巡航技术难以运用到汽车之中。因此在20世纪60年代到80年代之测、提醒功能，并不能对车辆速度进行相应控制(叶永新，陶玉芬，2019)。而最早具备间距探测功能以及能对汽车具备控速能力的汽车自适应巡航雏形系统，根据这些迹象可以推知应该是由三菱公司研制开发的PDC(Preview沃公司的S60轿车上，便都配备了自适应巡航系统(潘世豪，曹爱琴，2020)。 (滕宏伟，蒋美娟，2021)。前面所提的博世(Bosch)公司，其所研究开发的车辆自适应巡航系统[8则增添了显示单元，通过使用显示单元增添人机交互界面(MMI)的功能，驾驶状态信息的功能(杨柳青，魏志宏，2022)。在近年，宝马摩托与博世公司进行被纳入了研究范围该ACC不仅仅会检测前方车辆的状况自动控制车距，还会检控制(秦天成，韩丽君，2023)。上述优化成果是在对现状的深入了解和充分利与国外对于车辆自适应巡航的研究开始时间相比，国内对于其研究相较晚些。是由当时开设车辆相关课程的高校和与车辆相关科研机构进行研发(贺光明，林海燕，2024)。清华大学、北京理工大学、上海交通大学等高校自20世纪90年代开始对车辆自适应巡航技术研发，并取得了一定成果。北京理工大学研发自适应巡航系统的思路同样是在定速巡航系统的基础上衍生，同时将ACC系统与防抱死系统(ABS)和驱动防滑系统(ASR)集成，从而实现了汽车自适应巡航系统全面性(沈浩淼，马晓霞，2018)。而清华大学将实现了汽车自主调整车间距以及对障碍物的主动避让，根据已有成果可推导出相关结论极大提高了汽车行驶安全性。目前国内各大车企及互联网企业也都已经在布局汽车智能驾驶领域，研究驾驶的辅助技术。到如今，已经有不少的国产车配置了汽车自适应巡航控制系统，如福特金牛座9、长安2019款CS551.5TSUV、英菲尼迪QX50等车型等(王立新，龚丽娜，2019)。不过相对而言，国产自主品牌车对于汽车自适应巡航控制系统的配置率，与国外车辆的相比还是较低，且基本都是非全速自适应巡航，只能在部分速度区域内使用自适应巡航。行驶(何家伟，谢丽萍，2020);当与前车车间距离达到一定距离时，则始终与的固定距离数值(顾云飞，刘晓红，2021)。处理，使用PWM对电机进行控速以及运用PID算法实现稳定保持间距。2.小车自适应巡航系统总体方案及原理2.1小车工作原理当小车搭载自适应巡航控制系统时，需要在系统内设定两个参数，分别为跟随距离以及安全距离两个数据，其中安全距离与跟随距离相比较小。在小车行驶过程中，搭载于小车前方的超声波元件不断探测前方路况，计算得出本车与前方车辆、障碍物的距离(陆建华，张丽珍，2022)。该系统分为两种不同的工作模式：定速行驶模式以及自适应跟随巡航模式。两种工作模式的切换条件是以所测量出的前方车辆与本车之间的距离与系统所设定的跟随巡航距离之间的关系。间距是否达Y当前方车辆、障碍物与小车间距较大时，此间距已经超过所设定的跟随适应巡航距离后，基于本文的研究前提这种情况被纳入了研究范围则小车始终保持固定速度进行行驶，类似于定速巡航模式。而一旦检测到前方小车、障碍物与小车间距已经等于、小于设定的跟随距离时，则小车则会进入跟随巡航模式(高翔宇，李素英，2023)。在设计优化的实践中，本文着重权衡了经济性与方案的可普及性，相较于初步设计，在多个关键点上进行了调整与优化。成本控制上，通过剔除不必要环节、选择性价比更高的方案，显著减少了总体投入，使方案更加经济性，确保其在各种条件下都能稳定运行，便于其他单位后，然后得到此时电机的相应控制参数，结合PWM技术，最终实现控制电机的速度(范振华，顾晓月，2018)。则恢复到定速行驶模式，仍然以原本定速行驶速度持续行驶(范振华，顾晓月，2018);若前方小车速度较慢时，则小车会先在进入跟随巡航距离时，对速度进定的安全数据(骆文博，钱丽娟，2019)。 (integral)以及微分(derivative)三项[101,这三项功能中，各项所负责的内容PID调节器。PID控制系统的结构较为简单，根据已有成果可推导出相关结论同时加上其的相关参数也容易调节，因此其属于在控制系统中应用最广泛的算法之一(段一鸣，郭丽萍，2022)。PID控制器调节输出的主要目的是保证系统的偏差值为零，通过削减误差，从而使得系统能够达到一个预期稳定的状态(阎庆辉，林雅玲，2023)。PID控制原理基于2-1的公式在此公式中，分别有着三个系数，为比例控制系数Kp、积分控制系数Ki以及微分控制系数Kd。PID控制系统运行过程就是通过这三个环节将输入量与输出量之间的差值用于进行闭环反馈调节的过程在PID控制作用中，遵循该理论框架进行研究结论是比例环节是基础控制，通过该环节可以加快系统的响应速度。以小车PID控距为例，P是差值与速度的比例运算，其作用可以概括为让小车动起来，实现将距离变化到设定间距，但到达间距左右时会出现震荡问题，小车反复抽搐(江振宇，袁静宜，2024)。而微分环节D主要作用为预见偏差变化趋势，进行超前控制，在偏差形成之前实现消除。当小车在比例P的基础上增添微分D,系统可以提前知道车子是否已经快要到达目标而提前减速，使得小车在到达设定间距后，通过几次微调后便保持稳定，避免震荡现象(韩建平，陈秀兰，2018)。但此时稳定后小车间距并不是精确的设定距离，因为存在一定的稳态误差。电机驱动小车行驶的前提是电机转动需要克服小车的自重以及小车与地面的摩擦力，当车间实际距离与设定距离之间误差很小时，通过PID计算出的输出也很小，在这样的环境条件下可以推知将输出值转换为PWM来驱动电机时，由于该值过小，难以克服小车自重以及摩擦力等，因此没办法完成最后误差的前进、后退(朱永新，黄玉芬，2019)。本文在此借鉴了先前的构思来构建计算框架，并进行了适当的精简，以提升其实而积分环节的主要作用就是用于消除稳态误差。当会不断累积变大的，其所代表的PWM值也在累计变大直至成功克服自重以及摩种搭配方式，如P、PI、PD等(孟世豪，梁爱琴，2020)。距与此时实时间距之差，为比例环节调节内容。而积分环节的内容为为所得误差的累加。微分环节对应内容为e(k)-e(k-1),为本次运算时的误差数据与上次运算时误差之差(宋宏伟，谭娟，2021)。位置式PID算法主要原理便是用PID算法对当前实际位置与所想要对象达到的位置的之间存在的偏差进行运不过当我们一般使用位置式算法时，通常都是直接使用PD控制，而不使用其中的积分环节(夏柳青，谢志宏，2022)。因为使用积分环节时误差积分∑统此时所处的实际位置，一旦位置发生突然变化(系统出现问题时),即u(k)增量式PID算法公式为2-3。=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Ka[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](2-3)式2-3可以看出增量式只使用系统最近三次测量值的偏差便可求出控制增量。根据这些迹象可以推知其所得出的值与位置式为与实际位置的偏差不同，而是近几次位置误差的增量(需要对其进行相应的加权处理得到控制效果),为控制量的增量，因此对系统的工作影响较小，一般出现情况也不会严重损害系统。本文主要工作为控制小车，位置式算法以及增量式算法都可以用于控制间距。但使用位置式算法时，虽然它相较于增量式，可以更直接控制小车，u(k)的值和小车当前距离是一一对应的(温天成，徐丽君，2023)。但如果当前方车速突然加速极快远离时，由于两车之间距离发生突然变化，由此可以明了而导致一直在累计误差的积分环节因u(k)突变从而影响系统稳定，因此在本文中，最终选择采用位置式PD算法控以及增量式PID算法(杜光明，余海燕，2024)。实现PID控制的前提是系统本身得存在闭环控制的功能。因此在硬件上必须具备闭环控制。结合汽车自适应巡航控制内容而言，就是要求小车需要搭配测量距离的传感器模块，控制模块从传感器获取相关结果反馈，运用PWM技术控制电机转速，改变间距，从而形成闭环(廖浩淼，周晓霞，2018)。2.3PWM控制原理PWM控制又称脉冲宽度调制技术，其工作原理是调制系列脉冲的宽度，从而等效地获得所需要波形、形状和幅值。PWM技术理论基础为冲量(面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其输出响应波形在低频端基本PWM控制技术存在多种，在本设计中只采用了最基础的等脉宽PWM法(方立新，吴丽娜，2019)。等脉宽PWM法就是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过 (连接1或断开0)到直流电机上时，分别为两种状态：直流供电输出，直流供电断开(高云飞，赵晓红，2021)。而我们通过调节连接与断开的时间后，从理论上便可以输出目标电压(0~5V之间任意大小)。以得到2.5V输出电压，当占空比为80%时，则得到的电压就是4V。PWM的调状态(人眼难以观察出卡顿),所以此时周期内平均速度即是占空比所调速度(常建华，孙丽珍，2022)。通过PWM输出不同的模拟电压，便可以使电机实现不同转速。2.4本章小结随巡航距离而确定的(武翔宇，胡素英，2023)。PID原理主要是介绍了PID的可以实现小车运行时通过变化速度从而始终与前方物品保持安全间距(郑宇航，何雨欣，2024)。而PWM控制原理，则是通过改变时间周期内脉冲的宽度，改变高、低电平与周期的比例(占空比),实现改变输出给电机的平均电压，从而起到控制电机速度的功能。3.小车采用硬件介绍本设计小车采用51单片机控制，选用单片机芯片为STC89C52,选用L298模板运用于电机控制电路，选用LCD1602液晶显示模块用于显示距离，选用超工作频率的范围为0至40MHZ,实际工作频率可至48MHZ。具有8K字节Flash存储器，4个外部中断。其内部具备EEPROM以及看门狗功能。其也具备在系以及仿真器，直接通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户所使用的程序即可，下通用的的IO□共有32个，各引脚都具备相应的功能：P1.0:为定时器2的外部计数的输入或时钟的输出引脚P1.1:为定时器2的捕捉或重载的触发信号和方向的控制信号引脚P3.4:定时/计数器0P3.5:定时/计数器1INTO/P3.2123456789ALE/PROGL298N模块是一种高电压，大电流的电机驱动芯片。其一共有15脚封装。工作参数主要为：最高工作电压可达46V,输出电流瞬间峰值可达3A,持续工作电流为2A;额定功率为25W。可用来驱动直流电机和步进电机等电机。SENSINGA/SENSINGB:电流传感器A/B,在该引脚和地之间接电阻可以检测电流(李明华，王志国，2022)。OUT1与OUT2:为内置驱动器A的两个输出端，用来连接电机控制逻辑电OUT3与OUT4:为内置驱动器B的两个输出端，用来连接电机逻辑控制电IN1/IN2:对应OUT1、2引脚输出的输入，输入高低电平信号，开关全桥式驱动器A。IN3/IN4:对应OUT3、4引脚输出的输入，输入高低电平信号，开关全桥式驱动器B。ENABLEA/ENABLEB:为使能控制端。输入高电平时，L通过调整OUTO/1/2/3引脚对电机逻辑电路的输入，便可实现3.3LCD1602显示模块介绍LCD1602是一种工业字符型液晶，其屏幕一次可最多显示32个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。通过相应函数的编写，即可实现在液晶屏上显示目标数据(张伟杰，陈晓燕，2023)。1602主要有3个控制端，分别是：RS(数据(1)/命令选择端(0))、RW (读写控制端)、E(使能信号)。显而易见的是使能信号端需要有一个下降沿 (从1变成0),才能把数据线上数据，命令送入1602(上升沿也可起效)。因此，在写数据、命令时，只需要对RS,E进行设置即可。在使用1602前，还需对其进行写指令，将其进行初始化。指令0X38为设置16x2显示，5x7点阵，8位数据接口。3.4超声波HC-SR06模块介绍用超声波而实现非接触式距离探测功能，探测距离为2厘米至4米之间，具体测距精度可达3毫米。主要包含超声波发射、接收器以及控制电路(刘文博，赵丽娟，2021)。指令码00001DCB000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加1,且光N=0当读或写一个字符后地址指针减1,且光S=1,当写一个字符时，整屏显示左移(N=1)或右移(N=0),已得到光标不移动而00010000000101000001100000011100超声波HC-SR06的工作原理为：要发出触发信号给TRIG,这个触发信号有要求，必须是10us的高电平(略长也可),基于本文的研究前提这种情况被纳入了研究范围当TRIG收到这个触发信号，它就会发射一个8个40khz的方波超电平变为高电平，接收到反射的时间点，输出回响信号又变回低电平(孙志强，波模块，导致探测距离、精度存在一定误差(吴俊峰，徐莉萍，2022)。为降低措施来保障数据的真实性和方案的稳固运行。本文首先深入研究了可能影响方案实施质量的外部变量。基于这些研究结果，本文在方案设计阶段纳入了环境敏感性评估的技术，通过模拟各种外界环境条件来评估它们对方案成效的潜在效应，并据此优化方案的设计变量，以提升其适应性和耐抗性，确保方案能对外界变化迅速作出调整，保持其有效性和实用性。15度图3-8超声波HC-SR06相关参数图3-9超声波HC-SR06模块触发信号模块内部发出信号输出回响信号需要将计算的结果除以2才是实际超声波从模块发射后达到前方遮挡物时的时3.5本章小结搭建51单片机。除去芯片STM89C52外，与实现自适应跟随功能相关的模块元件还有L298N电机控制模块、液晶显示LCD1602模块以及超声波HC-SR06模境并反馈到单片机中，LCD1602显示车间距离，通过PID算法进距离进行运算得出电压占空比，再使用L298N电机控制模块对电机进行操控，实现车速的改4.1主程序流程上(郑建华，黄健雄，2023)。当前方物体与车间距离达到系统所设定的跟随巡最终使得小车能够通过加减速的操作，始终与前方物理保持固定安全距离(谢东序；PID保持间距程序；LCD1602显示车距程序；以及按键4.2PWM变速驱动电机程序L298N模块通过STC89C52芯片的P1.2~P1.7的的两个使能端(罗建辉，高玉洁，2019)。在这样的环境条件下可以推知由于本行统一控制，实现小车四电机驱动(韩宝强，马秀丽，2021)。使能后，OUTPUT1、2对应左边两个电机，当OUTPUT1、2输出1,0;0,1;0,0;1,1时，左电机状态分别为向前转；向后转；制动；刹停。OUTPUT3、4对应右边两个电机，运行机制同理。因此通过改变P1.2~P1.7引脚输出，就可L298N的两个使能端可以对控制电路进行使能OUTPUT1~4为什么状态，本文研究范围内这种情况得到了充分考虑电机都不会运转(程启明，傅志远，2018)。通过使电机在转动与不转动前运行，实现改变方向，向后行驶，从而将间距保持到安全间距(苏博，董丽华，2019)。而如果的输出便可调速，但在要转换方向时，则不仅要改变使能端的输出，还要对OUTPUT1~4重新进行设置，因此选择方案二，通过改变OUTPUT1~4的输出直在前进过程中调速需要设定在一定的时间周期内，前进输入正转1,0与制动0,0的占比。如在周期内，一共有50次的正转以及50次的制动，则此时其的占空比就是50%,显而易见的是输出的电压为正转无调制时电压的一半，其所正转的次数num,就可以控制速度为原速的num%。同理后退调速则是设定后退输入0,1的次数而改变后退的速度(余国强，钟慧琳，2020)。确定调整方案后则需对定时器进行相应设置，从而设定出周期划分。PWM控制采用定时器1进行控制。设定定时器相关参数：设定TMOD为0x01,设置定时器1的工作方式(分为两个八位的计数器),EA=1(开启总中断),TR1=1(启动定时器1),ET1=1 (启动定时器1中断),TH1=0XFF,TL1=0X23(给定时器赋初值，当溢出后申请中断，通过计算可得此时中断时间为200us,即每200us中断一次，中断后需在程序内再度为寄存器TH1、TL1赋值，根据这些迹象可以推知设置定时器中断时间始终为200us)(孔祥瑞，彭雪梅，2021)。而根据PWM原理，将每一百次的中断看PWM的一个时间周期。在每次中断时，将设定判断的值t(用于计算当前时间在一个时钟周期的位置)进行自增加一，初值为零，与所需要的速度值scale进行比较(当t<scale时，电机开启转的占比，改变转速。当t大于100时置一，使得PWM能始终保持周期(姜一鸣，车(电机)前进、后退模式。当车间距离小于设定安全间距时，flag_motor=1,小车为后退模式；当车间距离大于设定安全间距时，flag_motor=0,小车为前进PWM变速驱动电机主要程序(定时器1中断程序):Timer1()interrupt3{}{{}{}}{}{}丁丁丁丁超声波测距程序主要是应用了定时器0用以存储数据。超声波HC-SR06模块主要是通过操作TRIG与ECHO端而进行测距。当向TRIG端输出1后，超声平。通过记录ECHO端口所保持高电平的时间，就可以知道超声波从收所经历的时间，再通过计算便可以得到与前方物理的距离(曾庆辉，宋雅玲，首先需要对定时器0进行设置，设置TMOD=0X10(与上述定时器1一起用TLO=0X00(用于存在高电平持续时的时间数据)(雷振宇，熊静宜，2024)。将超声波测距的TRIG、ECHO端分别于P2.0与P2.1进行连接，将端口数据分别设置为TX与RX。设置对应的超声波模块启动程序函数：先将RX与TX置1,然后延时10微秒，确保超声波模块将超声波发送完毕后，再将TX置0,开启定时器计数(TRO=1),为0时关闭定时器计数(TRO=0)(石建平，金秀兰，2018)。TH1之所以需要乘256是因为定时器的寄存器被设置为两个8位的计数器，当TL1溢出后TH1才计数，因此合起来可以近似看为一个16位的计数器，因此将TH1数据提出时需要将其乘以256,提前8位后，再与TL1数据相加，此时得到的才是真正高电平时间内定时器的计数(叶永新，陶玉芬，2019)。此时定时器的计数的时间决定于晶振的频率，外接晶振为12MHZ时，遵循该理论框架进行研究结论是定时器计数一次的时间为1微秒，将光速化为以微秒为单位时，速度为340米/1000000微秒=0.00034米/微秒=0.34毫米/微秒。将取得的时间数据与该速度相乘即可得计算出该时间内超声波所走距离，而此时计算的是从超声波发射到反射接收的双路程，因此还需要将计算的结果除以2才是实际的间距(潘世豪，曹爱琴，2020)。此时计算出的距离单位为毫米，数值精确到小数点后两位。再将数值整数各位数字进行单独存储于数组之中，可用于LCD1602模块显示距离数值功能(滕宏伟，蒋美娟，2021)。计算距离程序：{丁丁4.4PID保持间距程序本设计主要采用位置式PD控制以及增量式PID控制。二者除了所使用的相关PID参数以及PID控制公式不同外，其他数据(控制对象，接收对象)都是相同的，因此在基础设计上，思路以及程序都是共通的。首先需要对KP、KI、KD参数进行设置(数值根据实物调试效果进行修改确定).设置相关参数存储本次误差、上次误差以及上上次误差(增量式才需用上上次的误差数据).以及设定目标距离数值.将其作为目标值，减去实时距离.从而得到误差数值(杨柳青，魏志宏，2022)。于此特定背景显而易见的结果再此时小车的运行速度。但也需要对其输出值编写一个限幅函数，当其数值大于100(占空比超过100%)时，将其限制为100,不让参数超过100%电机转速。{}PID运算程序函数将置于超声波实时测距程序当中，将实际距离作否使用的参数。当实时距离大于设定的跟随巡航距离时，不使用PID运算程序；当小于跟随巡航距离时，再开启PID运算程序(程启明，傅志远，2018)。并再判断实时距离与所需保持的安全距离关系，当小于安全距离时，将P车在稳定距离过程中反复抖动调整，因此设置一定误差(0.5毫米),增强实际{output=kp*err+kd*(err-l增量式PID程序：output=kp*(err-last_err)+ki*err+kd*(err-2*last_err+llast_err);llast_err=last_err;}当要让LCD1602液晶显示数据时，首先需要编写液晶显示函数。晶进行初始化：0X38(16*2显示，5*7点阵，8位数据口),0XOC,(开显示，不显行处理，避免行、列超过显示范围。根据LCD1602指令功能码计算得出指令码进行对应行、列写入设置(秦天成，韩丽君，2023)。于此特定背景显而易见的结果最后通过写指令函数WriteCommand(X,1),将指令码输能信号端E先置0(E=0时方可写入命令、数据)再置1,提供上升沿，将指令写入。写数据函数WriteData(DData)同理，区别为将RS置1.同时在程序内定义相关ASCII值的数组。用于在写入字符程序中使用：ASCII[13]="0123456789.指定行、列显示字符程序(X为列，Y为行，DData为字符):voidDisplayonlyone(ucharX,uha{丁丁LCD1602显示车距程序：DisplayOneChar(3,1,ASCII[disbufDisplayOneChar(4,1,ASCI[disbufDisplayOneChar(5,1,ASCII[disbuDisplayOneChar(6,1,ASCIDisplayOneChar(7,1,ASCII[disbuf4.6按键检测程序将按键与P3.2连接，按键另一端接地，当端口检测到低电平时，即是按键按下。当按键按下一次时，安全距离将增加300毫米，从起初的200开始增加，当安全距离超过800毫米时，就重新置于200毫米，从而实现安全距离200、500、800毫米的三个挡位选择。按键检测程序：{{丁丁4.7本章小结持间距(采用两种控制方法)、PWM变速驱动电机等程序实现的相关设置以及程序编写。同时也介绍了运行过程所使用LCD1602显示间5.实物测试结果电池盒(用以供电，使用两节18650锂电池，单节电压3.7V,并联后可提供7.4V电压)以及单片机。通过连线将超声波模块以及电机与单片机模块相连，用以采以及增量式PID参数KP=0.5,KI=0.3,KD=0.1。图5-1实验小车底板背面搭建电机图5-2实验小车底板正面图5-3实验小车图5-4实验小车运行时液晶屏显示对STC89C52的定时器2进行相应参数设置，设置为串口通信，将小车运行前进；B:后退)。STC-ISP(V6.85)STC-ISP(V6.85)(销售电话官网：www.STCMCU.com(技术支持QQ:800003751)--STC:全球最…-口单片机型号STC89C52RC/LE52RC引脚数Auto串口号USB-SERIALCH340(COM3)Y最低波特率2400最高波特率115200Ox0000☑清除代码缓冲区打开程序文件5硬件选项脱机下载/U8/U7程序加密后传输IDl□降低振荡器的放大增益口只有断电才可停止看门狗☑内部扩展RA可用□下次冷启动时，P1.0/P1.1为0/0才可下载程序□下次下载用户程序时擦除用户EEPROM区□在代码区的最后添加ID号选择Flash空白区域的填充值FFP1o和Pi1与下次下载无关下载/编程停止重复编程字检测MCU选项注意/帮助重复延时3秒□每次下载前都重新装载目标文件☑当目标文件变化时自动装载并发送下载命令D:\毕业论文\PD串口\ult_pid(2)-副本\ult_pid\Objects\ultpid.hex发布项目程序发布项目帮助读取本机硬盘号☑提示音成功计数358清零◎文本模式清空接收区保存接收数据O文本模式清空发送区保存发送数据发送文件清空全部数据自动循环发送多字符串发送123波特率115200√校验位无校验停止位1位接收31519清零n77?—ma7程序文件EEPROM文件串口助手Keil仿真设置范例程序选型/价格/样品·固件版本号：6.6.4C操作成功!关闭串口678分别使用位置式PD程序以及增量式PID程序，对小车进行向前行驶与向后退车实验，将串口数据保存至文档中，以现有结果为依据可得出再通过使用EXCEL表格将数据导入，生成折线图(蓝线为小车与前方物体的间距，橘线代表占空比数值)。为了方便辨认，当折现图中占空比数值为负值时，代表着此时小车运行模式与题目方向相反。图5-6安全间距为50cm的实验小车后退(PD)图5-7安全间距为50cm的实验小车前进(PD)图5-8安全间距为80cm的实验小车后退(PID)从折线图中可以观察到两种PID算法方法都可以使小车在行驶过程中，通过加减速，前进后退等操作，成功停留在距离前方物体安全距离处(谢东亮，林静娴，2024)。其中虽然停止后占空比仍在轻微的变化，显而易见的是但由于电机外界轮胎以及地面给予的摩擦力，当小车占空比小于10%后，车速变化较小，基本维持在稳定状态。因此，实验小车能够起到一个较好的行驶跟随，保持固定安全距离功能。同时，设置的跟随巡航距离为90cm,从前进折线图中也可以观察出，根据这些迹象可以推知当间距大于90cm时，此时小车不开启自适应巡航功能，而是开启定速行驶功能，固定以占空比为90%的速度前进(朱智勇，何锦秀，同时，通过按动按键，也可以实现选择小车安全距离挡位的功能。在检验小车自适应巡航功能可以成功实现固定保持间距后，再根据在跟随巡航范围内，前方物品移动时的不同情况，进行实验，实验结果如表5-1所示(罗建辉，高玉洁，实验编号实验状态实验结果1前方物体静止(间距大于安全间距)小车会先加至最高速向前进行追赶，与安全距离接近的过程中缓缓降速，直至停留在安全间距处2前方物体静止(间距小于安全间距)小车会先加至最高速向后倒车，与安全距离接近的过程中缓缓降速，直至停留3前方物体向前加速行驶(间距大于安全间距)小车会加速到最高速追至安全距离附近后，再缓慢减速至适当速度，与前方物体运动速度加速变化一致，物体速度过