【《基于PLC控制的智能小车系统软件设计案例》2400字】

基于PLC控制的智能小车系统软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u29835基于PLC控制的智能小车系统软件设计案例 1261531.1keiluVisions5开发环境介绍 1233381.2转向舵机控制 283931.3直流电机控制 370361.1.1电机速度闭环控制 3236481.1.2电机位置闭环控制 429901.4自主循迹控制 6227891.5超声波测距跟随控制 71.1keiluVisions5开发环境介绍2013年10月，Keil公司(ARM公司之一)正式推出KeilMDKv5，该版本使用uVision5IDE集成开发环境，是目前针对ARM微控制器，尤其是ARMCortex-M内核微控制器最佳的一款集成开发工具。MDKv5向后兼容KeilMDK-ARMuVision4，以前的项目同样可以在MDKv5上进行开发，MDKv5同时加强了针对Cortex-M微控制器开发的支持，并且对传统的开发模式和界面进行升级其主要包含五方面特性，具体为∶（1）内置数据库可以实现同时实现多种配置与操作；（2）具备功能强大、性能良好的编译工具；（3）提供在线联调功能；（4）与之相配套的信息资料十分完善。图1.1编译环境1.2转向舵机控制由于伺服舵机本身具有内部的闭环控制结构，所以本文研究同样采用位置式PID控制算法对智能小车的前轮伺服舵机的速度进行闭环控制，位置式PID控制算法定义公式如下∶当位置式PID的积分项到达饱和程度时，误差会继续在积分环节的作用下积累，如果误差开始进行反向变化时，控制系统需要一些时间从积分的饱和区域退出，所以在u（k）达到最大值或最小值时，需要停止积分作用，并且要对积分和输出进行限幅，所以本文伺服舵机在使用位置式PID控制算法时，一般直接使用PD控制，所以位置式PID控制算法也适用于像本文伺服舵机这样不包含积分部件的执行机构。本文伺服舵机位置式PID控制算法的程序如下：速度值可通过舵机的目标位置和舵机的实际位置计算得到，使用累加的方法，赋值给相应的寄存器并作用到舵机。这样就可以把舵机的速度调节转变成对PID参数大小的调节。另外，在接近目标位置的时候还能够实现减速，防止因为惯性而造成舵机齿轮减速箱的损坏。函数功能：舵机PWM以及定时中断初始化arr：自动重装值psc：时钟预分频数返回值：无voidServo_PWM_Init(u16arr,u16psc) { RCC->APB2ENR|=1<<11；//使能TIM1时钟 RCC->APB2ENR|=1<<2；//PORTA时钟使能 GPIOA->CRH&=0XFFFF0FFF；//PORTA11复用输出 GPIOA->CRH|=0X0000B000；//PORTA11复用输出 TIM1->ARR=arr；//设定计数器自动重装值 TIM1->PSC=psc；//预分频器不分频 TIM1->CCMR2|=6<<12；//CH4PWM1模式 TIM1->CCMR2|=1<<11；//CH4预装载使能 TIM1->CCER|=1<<12；//CH4输出使能 TIM1->BDTR|=1<<15；//TIM1输出PWM TIM1->CR1=0x80；//ARPE使能 TIM1->DIER|=1<<0； //允许更新中断 TIM1->CR1|=0x01；//使能定时器1 TIM1->CCR4=1500； MY_NVIC_Init(1,1,TIM1_UP_IRQn,2)；}1.3直流电机控制1.1.1电机速度闭环控制图1.2电机速度闭环控制原理根据增量式离散PID公式函数功能：增量PI控制器入口参数：编码器测量值，目标速度返回值：电机PWMe(k)代表本次偏差e(k-1)代表上一次的偏差以此类推pwm代表增量输出速度控制闭环系统使用PI控制intIncremental_PI_A(intEncoder,intTarget){ staticintBias,Pwm,Last_bias； Bias=Target-Encoder；//计算偏差 Last_bias=Bias； //保存上一次偏差 returnPwm；//增量输出}intIncremental_PI_B(intEncoder,intTarget){ staticintBias,Pwm,Last_bias； Bias=Target-Encoder；//计算偏差 Last_bias=Bias； //保存上一次偏差 returnPwm；//增量输出}1.1.2电机位置闭环控制图1.3电机位置闭环控制原理根据位置式离散PID公式函数功能：位置式PID控制器入口参数：编码器测量位置信息，目标位置返回值：电机PWMe(k)代表本次偏差e(k-1)代表上一次的偏差∑e(k)代表e(k)以及之前的偏差的累积和；其中k为1,2,,k；pwm代表输出intPosition_PID(intEncoder,intTarget){ floatPosition_KP=80,Position_KI=0.1,Position_KD=500； staticfloatBias,Pwm,Integral_bias,Last_Bias； //Bias=Encoder-Target；//计算偏差 Bias=Target-Encoder；//计算偏差 Integral_bias+=Bias； //求出偏差的积分 Last_Bias=Bias；//保存上一次偏差 returnPwm；//增量输出}1.4自主循迹控制 TSL1401CL含有128个感官单位，我们可以通过STM32单片机的ADC按照顺序收集每个感官单位的电压值，并且把他们保存在数组中。staticu16i,j,Left,Right; staticu16value1_max,value1_min; value1_max=ADV[0];//动态阈值算法，读取最大值value1_min=ADV[0];//最小值通过提取的最大值和最小值计算阈值：将阈值与左跳变沿和右跳变沿依次比较，计算出中线位置： 若轨迹在小车中心位置，舵机角度不变，小车直线前进；若轨迹偏离小车中心，说明小车此时需要转向，舵机需要转动一定角度，电机转速也要相应改变。图1.4算法控制程序流程图1.5超声波测距跟随控制实现小车间间距的调整，主要通过调整直流电机的转速来完成。超声波测距模块根据接收到的超声波信息可以判断出两车的间距。当间距低于设定值时，速度PI控制器会发送加速指令给直流电机驱动器。直流电机驱动器接收到指令后会向直流电机发送相应的驱动脉冲，直流电机接收到驱动脉冲后减速运行。当间距高于设定值时，具体工作流程与上述过程类似，电机会减速运行，直至距离处于合适的值以内。*@函数名：TIM4_Int_Init*@功能说明：配置记录超声波飞行时间的定时器*@参数：无*@返回值：无voidTIM4_Int_Init(u16arr,u16psc){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//时钟使能//定时器TIM3初始化 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;//设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//设置时钟分割:TDTS=Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//TIM向上计数模式 TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure);//根据指定的参数初始化TIMx的时间基数单位 TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);//使能指定的TIM3中断,允许更新中断//中断优先级NVIC设置 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM4_IRQn;//TIM3中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;//先占优先级1级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;//从优先级3级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;//IRQ通道被使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//初始化NVIC寄存器 TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);//使能TIMx }图1.5超声波测距流程图在小车向正前方行驶的过程中，超声波传感器向正前方发射超声波，在接收到返回的超声波后可据此判断小车与前车的间距。若大于预设值25cm，车距安全，小车继续前进。若小于预设值，说明车距较危险，小车可直接停下，并继续根据超声波探测到的信息判断车距，车距安全后再启动；若车距继续增大，加速前进。若车距在减小，减速前进。图1.6信号脉冲波形图如图1.6所示为超声波传感器各信号发出的脉冲电平。触发信号为1us的TTL高电平，模块内部发出的信号为8个连续的高频脉冲，回响电平持续时间与检测距离有关，距离越长，持续时间就越长，反之则越短。*@函数名：Dist_PID*@功能说明：根据距离值与小车电机转速构成PID闭环*@参数：Target目标与前车的距离值Kp比例Ki积分Kd微分*@返回值：无voidDist_PID(floatTarget,floatKP,floatKI,floatKD){ staticfloatBias,Last_Bias,Intergal_bias=0; Bias=Target-Dist; Intergal_bias+=Bias; Motor_PWM=KP*Bias+KI*Intergal_bias+KD*(Bias-Last_Bias); Last_Bias=Bias; if(Motor_PWM>7