畢業(yè)設計（論文）全向機器人控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　關鍵字1</b></p><p><b>　　1前言2</b></p><p><b>　　2總體方案設計2&

2、lt;/b></p><p>　　2.1總體方案簡述2</p><p>　　2.2各模塊論證與選擇3</p><p>　　2.2.1中央處理模塊3</p><p>　　2.2.2直流電機及其驅動模塊3</p><p>　　2.2.3循跡模塊5</p><p>　　2.2.4速度檢

3、測模塊5</p><p>　　2.2.5通信模塊6</p><p><b>　　3硬件部分設計8</b></p><p>　　3.1中央處理模塊8</p><p>　　3.2直流電機及其驅動模塊10</p><p>　　3.3循跡模塊11</p><p>　　3

4、.3.1循跡原理分析11</p><p>　　3.3.3AD采樣芯片簡介12</p><p>　　3.4避障模塊13</p><p>　　3.5測速模塊14</p><p>　　3.6電源模塊15</p><p>　　3.7輸入和輸出顯示模塊16</p><p>　　3.7.1模塊分

5、析16</p><p>　　3.7.2按鍵消抖16</p><p>　　3.8硬件抗干擾措施17</p><p>　　3.9印制電路板可靠性和抗干擾設計17</p><p>　　4算法的方案論證18</p><p>　　4.1循跡板采集算法18</p><p>　　4.2控制算法1

6、8</p><p>　　4.2.1總控制方案的確定18</p><p>　　4.2.2PID算法簡介19</p><p>　　4.2.3模糊控制介紹20</p><p>　　4.3方向控制21</p><p>　　4.3.1PID算法設計21</p><p>　　4.3.2PID控制算

7、法的具體實現(xiàn)22</p><p>　　4.3.3濾波算法介紹23</p><p>　　5軟件部分設計25</p><p>　　5.1程序流程圖25</p><p>　　5.1.1主控板程序流程圖25</p><p>　　5.1.2循跡控制板程序流程圖26</p><p>　　5.1.

8、3路徑偏差計算流程圖27</p><p>　　5.2PWM產(chǎn)生28</p><p>　　5.3通信模式的選擇29</p><p>　　5.3.1USART簡介30</p><p>　　5.3.2USART寄存器說明與選擇31</p><p><b>　　6開發(fā)與調(diào)試32</b><

9、/p><p><b>　　7結論33</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　附錄35</b></p><p>　　附錄1 主控板程序

10、代碼36</p><p>　　附錄2 循跡控制板程序代碼53</p><p>　　湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計</p><p><b>　　誠 信 聲 明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明

11、引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。</p><p><b>　　畢業(yè)設計作者簽名：</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　全向機器人

12、控制系統(tǒng)設計</p><p>　　摘 要：本機器人控制系統(tǒng)由中央處理單元模塊、循跡采樣模塊與電機驅動模塊等組成。中央處理單元模塊由AVR8位微處理器ATMEGA128、ATMEGA16為主控芯片，通過循跡采樣模塊采集信號并處理，利用串口通信將信號傳給中央處理單元，由中央處理單元根據(jù)信號控制機器人伺服電機的運轉狀態(tài)，從而實現(xiàn)對機器人運動狀態(tài)的控制。電機驅動電路采用四通道集成芯片L297和L298。通過循跡技術來實

13、現(xiàn)機器人的運動路徑和運動位置的判定。循跡部分采用光敏電阻接收發(fā)光二級管經(jīng)過物體反射回來的光從而實現(xiàn)機器人按照預定軌跡移動。經(jīng)試驗證明，該機器人控制系統(tǒng)能較好完成任務。</p><p>　　關鍵詞：機器人控制系統(tǒng)；循跡；ATMEGA128；光敏電阻；</p><p>　　Universal wheel robot control system design</p><p&

14、gt;　　Abstract: The robot control system consists of a central processing unit module, a tracking sampling module and the motor driver module. A central processing unit module for the master chip microprocessor from AVR8

15、of ATMEGA128, ATMEGA16 collection signal by tracking the sampling module and processing, the use of serial communication signals to the central processing unit, by a central processing unit according to the signal to con

16、trol the robot servo motor operating state, in order to achieve t</p><p>　　Key words: Robot control system; tracking; ATmega128; Guangmin Resistance;</p><p><b>　　1 前言</b></p>

17、<p>　　機器人作為人類最偉大的發(fā)明之一,長久以來一直受到國內(nèi)外的研究人員的關注,而全向機器人的研究無疑是智能機器人研究中最具有挑戰(zhàn)性的研究課題之一。它涵蓋了自動控制技術、計算機技術、電子技術、智能控制理論、傳感器技術等諸多學科的知識,基如此使得對全向機器人的研究已經(jīng)成為了人工智能和機器人學的研究熱點。每年舉辦一次的亞太機器人國內(nèi)選拔賽中是典型的全向機器人的比賽平臺。全向機器人比賽既是高科技應用于娛樂的一種體現(xiàn),也是培養(yǎng)人

18、工智能、自動化領域科技人才的重要窗口,同時也是促進全向機器人領域科技進步的有效途徑,其研究意義深遠而重大。</p><p>　　隨著近年來全向機器人比賽的熱烈展開,吸引了越來越多的國內(nèi)外大學投入更多人力物力到比賽中,各參賽隊伍的水平也在逐年提高。然而比賽過程中全向機器人普遍存在中斷不受控制、啟動及控制較慢、無法達到預定位置、啟動轉矩較小、運行速度較小、動作的精度不高等問題。全向機器人要想在比賽中完成既定任務,必須

19、有一個控制精度高、穩(wěn)定性好的運動控制系統(tǒng)。全向機器人的運動控制是指控制機器人按照預先規(guī)劃好的運動軌跡運動,運動控制系統(tǒng)對機器人性能有最直接的影響。</p><p>　　本設計是機器人控制系統(tǒng)的綜合研究，初步實現(xiàn)了多學科的綜合研究及機電一體化專業(yè)各個課程的應用。對畢業(yè)生能實現(xiàn)一個全面的鍛煉。</p><p>　　2 總體方案設計</p><p>　　2.1 總體

20、方案簡述</p><p>　　本設計是基于ATMEGA128單片機[2]的機器人。本系統(tǒng)主要由中央處理模塊、直流電機驅動模塊、循跡模塊、避障模塊、速度檢測模塊、通信模塊、人機交互模塊與電源模塊等組成。</p><p>　　中央處理模塊是整個系統(tǒng)的核心。它與其它各個模塊之間通過各種電路和接口協(xié)議進行相連。循跡模塊、速度檢測模塊、避障模塊等傳感器輸入部分對系統(tǒng)外界信息進行采集和處理后，將數(shù)據(jù)通

21、過異步串行通信等方式發(fā)送到中央處理模塊。由中央處理模塊根據(jù)軟件設計中的流程圖和所設計的算法，對數(shù)據(jù)進行分析與處理。從而得到相關的最優(yōu)輸出操作，通過輸出PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）波的方式進行驅動直流電機模塊進行工作；按照通信協(xié)議，接口協(xié)議等要求和其他模塊進行信息交換。其對應的系統(tǒng)方框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1系統(tǒng)方框圖</b><

22、/p><p>　　Figure1 Schematic Block Diagram</p><p>　　2.2 各模塊論證與選擇</p><p>　　2.2.1 中央處理模塊</p><p>　　中央處理模塊是整個機器人的核心環(huán)節(jié)。它是實現(xiàn)信息處理、命令輸出與智能算法等的場所。本設計提出以下兩種方案。</p><p>　

23、　方案一：采用ATMEL公司的AT89C51。51單片機的價格便宜，應用廣泛，但是功能單一。本系統(tǒng)需要進行尋跡采集信息，要處理的量比較大，電機控制需要同時輸出三路PWM調(diào)制波，實現(xiàn)較為困難。此外，51單片機還需要仿真器來實現(xiàn)硬件調(diào)試，較為繁瑣。</p><p>　　方案二：采用ATMEL公司研制發(fā)的ATMEGA128與ATMEGA16。AVR單片機是高速嵌入式單片機[1]，數(shù)據(jù)處理速度快、中斷響應迅速。其次，AV

24、R單片機耗能低，且其快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)。 　</p><p>　　由于AVR單片機具有更優(yōu)良的性能，我們選擇了ATMEGA128與ATMEGA16作為中央處理單元的控制芯片。即選擇方案二?！?lt;/p><p>　　2.2.2 直流電機及其驅動模塊</p><p&

25、gt;　　直流電機驅動模塊是機器人的動力系統(tǒng)，通過接收來自中央處理模塊傳來的的PWM，來實現(xiàn)對電機的智能控制。</p><p>　?。?）電機的論證和選擇。電機模塊選擇是整個方案的關鍵部分，按照設計要求，需要實現(xiàn)對機器人的高精度運動控制，高精度的運動能讓系統(tǒng)的調(diào)整算法與控制壓力大大減小。因此，普通的直流電機很難滿足題目的要求。為此，我們提出如下兩種方案。</p><p>　　方案一：采用步

26、進電機來實現(xiàn)對機器人運動的控制。步進電機有較高的定位精度，無位置累積誤差，但如果控制不當容易產(chǎn)生共振，難以運轉到較高的轉速。另外，步進電機在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。 </p><p>　　方案二：采用空心杯直流伺服控制機器人運動。空心杯電動機具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運行特性，作為高效率的能量轉換裝置，代表了電動機的發(fā)展方向?？招谋姍C具有十分突出的節(jié)能、控制和拖動特性，而直流減速

27、電機力矩大轉動速度快，采用閉環(huán)的控制控制系統(tǒng)后，能達到更高的精度。</p><p>　　由于步進電機在重量、高速轉動和能源利用率方面不如空心杯直流伺服電機，本系統(tǒng)最終選擇了方案二。</p><p>　　（2）驅動方案的論證與選擇。</p><p>　　方案一：采用線性驅動方式。線性驅動方式可以看做是個數(shù)控電壓源。其中該驅動方式的優(yōu)點是驅動電機的力矩紋波很小，可應用于

28、對電機轉速精度要求非常高的地方，但是實現(xiàn)它的成本較高，比較復雜。由于線性放大驅動方式效率和散熱問題嚴重，尤其是要提高電機的驅動功率，相應的成本將大幅度的增加，需要耗費大量的時間精力來完成。</p><p>　　方案二：采用達林頓管或MOS（Metal-Oxide-Semiconductor，金屬半場效應晶體管的簡稱）管搭制H橋的開關驅動方式。采用達林頓管或MOS管搭制H橋PWM脈寬調(diào)制體積較大，由于分立元器件的特

29、性不同，使得驅動器具有一定的離散性；此外，由于功率管的開關電阻比較大，因此功耗也很大，需要散熱片，這無疑進一步加大了驅動器的體積。</p><p>　　方案三：采用驅動芯片L297、L298[3]來驅動電機的開關驅動方式。隨著技術的迅猛發(fā)展，基于大功率MOS管的H橋驅動芯片逐漸顯示出了它的優(yōu)勢。L298是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅動電路，是一種二相和四相電機的專用驅動芯片，即內(nèi)部含有兩個H橋高壓大電流

30、雙全橋式驅動器，接收標準TTL（Transistor-Transistor Logic，邏輯門電路）邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。</p><p>　　由于方案三的芯片L298、L298不僅能滿足電路本身的功能，其集成的電路使得它的體積很小，失真度底，功耗也很小，這正符合電路設計中節(jié)能和穩(wěn)定的基本要求。我們最終選擇方案三。</p><p>　　2.2.3 循跡模塊</

31、p><p>　　方案一：用激光二極管做反射式光電傳感器光源，通過紅外對管來實現(xiàn)。激光二極管測量距離近，靈敏、準確，且發(fā)出的光的頻率較集中，傳感器只接收很窄的頻率范圍信號，不容易被干擾但價格較貴。</p><p>　　方案二：用普通的發(fā)光二級管和光敏電阻實現(xiàn)。光敏電阻和發(fā)光二極管價格低廉，響應快速，功耗較小。雖然這種方案容易受到外界環(huán)境的干擾影響，但是采用對反射光強進行測量的方法和一定的機械結構

32、優(yōu)化可以提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。</p><p>　　經(jīng)綜合考慮成本及控制難度等因素，我們選擇了方案二的尋跡方案。</p><p>　　2.2.4 速度檢測模塊</p><p>　　隨著電池電壓的逐漸下降，電機供給電壓也會隨之降低，導致電機的轉速不斷下降。若采用閉環(huán)控制，將車輪轉速信息反饋給控制器，從而使電機的實際轉速值等于指令轉速值，就能提高速度的準確性。根據(jù)

33、常用的有兩種測速傳感器：</p><p>　　本設計提出以下兩種方案。</p><p>　　方案二： 模擬轉速計 它也被安裝到電機的輸出軸上，但輸出的是正比于電機轉速的電壓。</p><p>　　方案一： 軸編碼器 它常被用來測量旋轉軸的位置和轉速?！敖^對式位置編碼器”被用來測量軸的實際位置，這種編碼器長被用于伺服系統(tǒng)中來獲得一定的轉軸位置。“增量式軸編碼器”常

34、被用來測量轉軸的轉速（速率和方向）。增量式軸編碼器可以產(chǎn)生直接對應于軸轉速的脈沖序列，如果采用有兩相信號輸出的增量式軸編碼器實際只能稱之為轉速計。工程中應用最多的是光學編碼器，但也有一些利用電磁原理制成的霍爾效應編碼器。</p><p>　　比較兩種方案，從輸出信號的格式看，軸編碼器輸出的是方波信號，很容易輸入到控制器中，而模擬轉速器輸出的是模擬信號，還需AD轉換，另外，模擬轉速器對動力大小也有影響，而軸編碼器對

35、它幾乎沒有影響，要對智能車進行速度的測量，故比較之下選用方案二增量式軸編碼器。</p><p>　　增量式軸編碼器又可分為反射式光學編碼器、光柵式編碼器和基于霍爾效應的編碼器。如圖3所示。</p><p>　　光柵式編碼器的可靠性高于反射式編碼器，而基于霍爾效應的編碼器采用純機械的方法無法承受長時間的使用，且精度不高。因此，速度的測量采用光柵式編碼器。其實物見圖2空心杯電機實物圖，其尾部為

36、編碼盤。</p><p>　　圖3增量式軸編碼器原理圖</p><p>　　Figure3 Schematic diagram of incremental shaft encoder principle </p><p>　　2.2.5 通信模塊</p><p>　　通信方式的選擇。由于串行通信方式具有使用線路少，成本低，特別是在遠程傳輸

37、時，避免了并行通信中多條線路的特性不一致，因而被廣泛的采用。在串行通信時，要求通信雙方都采用一個標準接口，使不同設備可以方便的連接起來通信。RS-232-C（recommended standard，一種推薦串行通信接口標準）是目前最常用的一種串行通信接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準[4]。由于串口通信的優(yōu)勢和普及性，其技術已經(jīng)趨于普及和成熟，本設計亦選

38、擇串口通信方式。</p><p>　　2.2.6 避障模塊</p><p>　　壁障模塊主要用來檢測前方是否有障礙物。對此，我們提出兩種方案來實現(xiàn)。</p><p>　　方案一：采用紅外測距的方式。利用紅外測距傳感器測量出機器人和障礙物之間的距離。然后計算出與障礙物之間的距離，從而實現(xiàn)智能的避障路線。但是紅外測距傳感器容易產(chǎn)生測量誤差，如焊接時溫度過高，環(huán)境中不同

39、顏色對紅外線反射效果不同，接收時間差等因素都可以導致測量出現(xiàn)問題。</p><p>　　方案二：采用光電開關檢測障礙物。它是利用被檢測物體對紅外光束[5]的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。</p><p>　　由于方案一中的紅外測距傳感器的不穩(wěn)定性。本設計選用方案二。方案二中的光電開關，通過軟件上的提前預防與及時對檢測到的障礙物

40、進行避開措施，同樣能達到很好的避障效果。</p><p>　　2.2.7 人機交互模塊</p><p>　　人機交互模塊主要為了讓我們能在調(diào)試過程中便于對機器人操作和及時查看調(diào)試過程中的系統(tǒng)所處狀態(tài)。1602液晶[6]它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成進行輸入設置相關參數(shù)。它具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點，

41、常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中。</p><p>　　由于本設計的輸入要求不高，只需要在采樣時和系統(tǒng)開始，系統(tǒng)復位時用到輸入。因此，輸入部分本設計選用普通的按鍵。</p><p>　　2.2.8 電源模塊</p><p>　　電源模塊為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定高質(zhì)量的電源，是所有設計能最終實現(xiàn)的重要保障。本設計提出以下兩種方案。</p><p>

42、;　　方案一：采用電池組進行供電，電池組的重量輕，便于安放，但是其供電的能力不夠，不能長期的供應較大的電流。</p><p>　　方案二：采用高性能的li-poly電池，它能直接提供穩(wěn)定的12V、3.3A、30C的電源，滿足機器人的所有模塊供電要求。</p><p>　　為了提供穩(wěn)定高性能的電源，我們采用了方案二中的li-poly電池。</p><p><b&

43、gt;　　3 硬件部分設計</b></p><p>　　3.1 中央處理模塊</p><p>　　本設計中采用ATMEL公司研制發(fā)的ATMEGA128。ATMEGA128是基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)微處理器。中斷響應迅速，數(shù)據(jù)處理速度快，其數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從

44、而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。其次，AVR單片機耗能低，且其快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號FLASH非常大，特別適用于使用高級語言進行開發(fā)。 　</p><p>　　圖5為ATMEGA128的引腳配置圖、圖6 為機器人最小控制系統(tǒng)圖。</p><p>　　圖5 ATMEGA128的引腳配置圖</p><p&g

45、t;　　Figure5 The ATMEGA128 pins configuration diagram</p><p>　　機器人最小控制系統(tǒng)主要包括晶振電路、JTAG（Joint Test Action Group，聯(lián)合測試行為組織，一種測試訪問端口和邊界掃描結構標準）電路[7]，復位按鍵電路、AD參考電源電路等部分。其原理圖如圖5所示。</p><p>　　圖6機器人最小控制系統(tǒng)圖&

46、lt;/p><p>　　Figure6 The minimize control system of Car</p><p>　　晶振電路：晶振電路的主要元器件為晶體振蕩器，它結合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。兩端與單片機的XTAL0腳和XTAL1腳，為了電路的穩(wěn)定性起見，ATMEL公司建議在晶振的兩引腳處接進兩個10pf-50pf的瓷片電容接地來削減諧波對

47、電路的穩(wěn)定性的影響，沒有什么計算公式。</p><p>　　JTAG電路：JTAG也是一種國際標準測試協(xié)議，相關JTAG引腳的定義為：TCK為測試時鐘輸入；TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口；TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出；TMS為測試模式選擇，TMS用來設置JTAG接口處于某種特定的測試模式。</p><p>　　復位按鍵電路：單片機在啟

48、動時都需要復位，以使CPU（Central Processing Unit，計算機中央處理器）及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。手動按鈕復位需要在復位輸入端RST上加入高電平，在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。電路如圖3所示。</p><p>　　根據(jù)ATMEGA128數(shù)據(jù)使用手冊、以及基本的電路知識，設計出如圖3所示的機器人最小控制系統(tǒng)圖。</p><p>　　3.

49、2 直流電機及其驅動模塊 </p><p>　　本設計采用驅動芯片L297、L298來驅動電機[8]。隨著技術的迅猛發(fā)展，基于大功率MOS管H橋驅動芯片逐漸顯示出了它的優(yōu)勢。L298是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅動電路，是一種二相和四相電機的專用驅動芯片，即內(nèi)部含有兩個H橋高壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機[22]。</p><p&g

50、t;　　芯片L298、L298不僅能滿足電路本身的功能，其集成的電路使得它的體積很小，失真度底，功耗也很小，這正符合電路設計中節(jié)能和穩(wěn)定的基本要求。其驅動電路圖如圖7所示。SYNG引腳為斬波器輸出端。A、B、C、D四個引腳分別是A、B、C、D四相的輸出端。INH1引腳為控制A相和B相的驅動極，INH2與之功能類似，控制C相和D相，當引腳為低電平時，A相和B相的驅動控制被禁止。CONTROL引腳為斬波器功能控制端。當它為低電平時使INH1

51、和INH2起作用，當它為高電平時A、B、C、D起作用。</p><p><b>　　圖7電機驅動電路圖</b></p><p>　　Figure7 Circuit diagram of Motor driver</p><p>　　3.3 循跡模塊 </p><p>　　3.3.1 循跡原理分析</p>

52、<p>　　發(fā)光二極管發(fā)出的調(diào)制光經(jīng)地面反射到光敏電阻。光敏電阻接收到光信號后，其阻值發(fā)生變化，使得電路產(chǎn)生電流與電平的變化。當機器人偏離了應走的黑線，循跡板上的光敏電阻就會得到對應的不同的電阻值和電平值，通過專用的AD轉換芯片[9]得到其AD值，再由單片機在算法上進行處理，就可以把這種變化檢測出來，判斷某一個檢測點是否在黑色引導線的上方，從而判斷智能電動機器人和黑色引導線的相對位置。循跡板包括LED（Light Emit

53、ting Diode，發(fā)光二極管）燈電路圖和信號放大與選擇電路圖。如圖8、圖9所示：</p><p>　　圖8 LED燈電路圖</p><p>　　Figure8Circuit diagram of LED</p><p>　　3.3.2 復用開關芯片簡介</p><p>　　MAX306CWI為多路復用開關，高精度，單輸出，COMS模擬多

54、路復用器[10]。具有較快的開關速度。表1為MAX306CWI的邏輯真值表。本設計中，將EN引腳經(jīng)過電阻后接到電源，使EN引腳保持高電平，從而簡化了芯片工作過程中的設置。</p><p>　　表1 MAX306CWI的邏輯真值表</p><p>　　Table1 Logic really value table of MAX306CWI </p><p><b

55、>　　續(xù)表1</b></p><p>　　圖9 信號放大與選擇電路圖</p><p>　　Figure9 Circuit diagram of amplification and choose</p><p>　　3.3.3 AD采樣芯片簡介</p><p>　　AD976是一個單電源供電的高速、低功耗16位逐次逼近式MD

56、轉換器，轉換速度為100kSPS，功耗為100mW。AD976的集成性好，內(nèi)部包含2.5v參考電壓源、高速并行接口和時鐘。出廠前芯片的所有線性誤差都得到了補償，并且諸如信噪比和總諧波失真等的交流參數(shù)及失調(diào)、增益和線性度都得到全面測試。以下為部分引腳介紹：</p><p>　　其中IN引腳為模擬輸入,該引腳與模擬信號源連接一個的電阻。如圖8中所示。和同為模擬地。作為REF引腳的參考地。REF引腳為基準輸入輸出。該引

57、腳為內(nèi)部基準的輸出或從該引腳輸出一個外部基準。一般都是在該引腳和地之間接入的鉭電容。如圖8中電容所示。引腳為字節(jié)選擇腳，為片選輸入。當為低電平時，數(shù)據(jù)輸出從高到低，當為低電平時，讀/轉換輸入引腳才能有效工作。為忙輸出檢測腳。經(jīng)參考AD976[11]數(shù)據(jù)手冊及相關應用論文，得到圖10所示的AD976電路圖，其程序代碼見附錄。</p><p>　　圖10 AD976電路圖</p><p>　　

58、Figure10 Circuit diagram of AD976</p><p><b>　　3.4 避障模塊</b></p><p>　　避障模塊主要由光電開關組成。屬于光電接近開關。它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。</p><p>　　根據(jù)光電開

59、關在檢測物體時，發(fā)射器所發(fā)出的光線被折射回接到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式，鏡反射式，對射式等。綜合考慮到本設計中需要面對的障礙物的復雜多樣性，因此本設計采用的為漫反射式。輸出形式：分NPN二線、NPN三線、NPN四線、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線（自帶繼電器），及直流NPN/PNP/常開/常閉多功能等幾種常用的輸出形式。本設計中選用分NPN三線常開式。</p><p>　　當無檢

60、測物體時，常開型的光電開關所接通的負載由于光電開關內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，PD1端口通過上拉電阻使得PD1引腳為高電平，當檢測到物體時，晶體管導通，負載得電工作。PD1端口變?yōu)榈碗娖健D11為光電開關電路圖。</p><p>　　圖11 光電開關電路圖</p><p>　　Figure11 Circuit diagram of photoelectric switch circui

61、t </p><p><b>　　3.5 測速模塊</b></p><p>　　圖12編碼盤采樣電路</p><p>　　Figure12 Circuit diagram of coding dish sampling </p><p>　　如圖12所示測試模塊主要有編碼盤來實現(xiàn)。HCP2-2630[12]為優(yōu)質(zhì)小型大

62、功率繼電器，當1和2端輸入差值達到一定數(shù)值時候，7腳會引起動作。同理，1、3腳的變化能引起6腳的動作，。圖中的兩個二極管的作用為保護1和4引腳電壓不至于過低。兩個電容為濾波電容，用來濾除尖刺和防止干擾信號。通過采樣輸入模塊，把信號送入ATMEGA128的IC1和IC3腳。</p><p><b>　　3.6 通信模塊</b></p><p>　　MAX232芯片是美

63、信公司為RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。MAX232芯片的作用是將單片機輸出的TTL電平轉換成PC機能接收的232電平或將PC機輸出的232電平轉換成單片機能接收的TTL電平。內(nèi)部結構基本可分三個部分：</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉換通

64、道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT輸出；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R

65、1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。圖13為MAX232接線圖。</p><p>　　其中P8為向外傳輸數(shù)據(jù)的接口。</p><p>　　圖13 MAX232電路圖</p><p>　　Figure13 Circuit diagram of MAX232</p>

66、<p><b>　　3.6 電源模塊</b></p><p>　　電源模塊為系統(tǒng)其他各個模塊提供所需要的電源。設計中，除了需要考慮電壓范圍和電流容量等基本參數(shù)之外，還要在電源轉換效率、降低噪聲、防止干擾和電路簡單等方面進行優(yōu)化?？煽康碾娫捶桨甘钦麄€硬件電路穩(wěn)定可靠運行的基礎。本設計中采用高性能的Li-Poly電池，高性能的電池能減輕硬件電路設計的難度，直接提供穩(wěn)定的12V、3.3

67、A、30C的電源，滿足機器人的所有模塊供電要求。</p><p>　　此外，機器人的不同模塊所需的電壓不同，如主控板和循跡板需要電壓為5V，電機則為12V。因此，我們需要對主控板進行減壓穩(wěn)壓，穩(wěn)壓芯片選型為：REG1117-5。圖14為電源電路圖。</p><p><b>　　圖14電源電路圖</b></p><p>　　Figure14 Ci

68、rcuit diagram of power supply </p><p>　　3.7 輸入和輸出顯示模塊</p><p>　　3.7.1 模塊分析</p><p>　　為了完善智能電動機器人控制系統(tǒng)的功能，使其更加人性化，同時也為了方便調(diào)試，在設計中，我們加入了輸入和輸出顯示模塊。通過顯示模塊把系統(tǒng)狀態(tài)下一些重要的參數(shù)顯示出來。圖15為按鍵電路和1602顯示

69、電路原理圖[13]。其中R為上拉電阻。</p><p>　　圖15按鍵電路和1602顯示電路圖</p><p>　　Figure15 Circuit diagram of key circuits and 1602 display</p><p>　　為了簡化控制系統(tǒng)電路及算法代碼的復雜程度，本電路的輸入部分使用按鍵來實現(xiàn)，輸出顯示部分使用LCD1602液晶顯示器。

70、根據(jù)設計任務，按鍵的需要完成的功能主要為采樣時按鍵、復位按鍵、參數(shù)調(diào)整與選擇按鍵。通過液晶顯示出的對應提示，我們的每個按鍵可以實現(xiàn)在不同階段起到不同作用。</p><p>　　3.7.2 按鍵消抖</p><p>　　由于按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴

71、隨有一連串的抖動， 抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。 </p><p>　　為確保CPU對按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。常用軟件方法去抖，即檢測出按鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，5ms～10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給5m

72、s～10ms的延時，待后沿抖動消失后才能轉入該鍵的處理程序。按鍵的程序代碼見附錄。</p><p>　　3.8 硬件抗干擾措施</p><p>　　在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)的抗干擾技術是系統(tǒng)可靠性的重要方面。一個系統(tǒng)的正確與否,不僅取決于系統(tǒng)的設計思想和方法，同時還取決于系統(tǒng)的抗干擾措施。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的干擾源一般有三個渠道：一是空間干擾,電磁信號通

73、過空間輻射進入系統(tǒng)；二是過程通道干擾，干擾信號通過與系統(tǒng)相連的前、后通道及與其它系統(tǒng)的連接通道進入，它疊加在有用信號之上，擾亂信號傳輸，使有效信號產(chǎn)生畸變。使得數(shù)據(jù)采集誤差加大，導致控制狀態(tài)失靈，導致程序運行失常；三是系統(tǒng)干擾，電磁信號通過供電通道進入系統(tǒng)或系統(tǒng)本身產(chǎn)生干擾 。</p><p>　　雖然抗干擾問題是嵌入式系統(tǒng)在實際應用中最令人頭疼的問題，而且沒有一定之規(guī),也沒有一成不變的方法,但若進行科學的分析并

74、加以合理的設計，采取一定的措施，將系統(tǒng)的硬件和軟件結合起來,是可以有效地提高應用系統(tǒng)的可靠性的。</p><p>　　3.9 印制電路板可靠性和抗干擾設計</p><p>　　印制電路板是嵌入式系統(tǒng)中，器件、信號、電源線的高密度集合體，印刷電路板設計的好壞對抗干擾能力的影響很大[14]。</p><p>　　設計時應合理走線、合理接地，三總線分開走線[15]。盡量

75、將數(shù)字、模擬電路分開走線，電源線和地線應盡量加寬，同時使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致。應盡量使用45°折線而不要使用90°折線，以減少高頻信號對外的發(fā)射與耦合，減少互感振蕩；將接地和屏蔽正確結合起來使用。</p><p>　　CPU、RAM、ROM等主芯片以及VCC、GND之間接電解電容和瓷片電容；去掉高、低頻干擾脈沖；石英晶體振蕩器的外殼接地而不要走信號線，且要適當加大接地面積；時

76、鐘線要盡量短，并用地線將時鐘區(qū)圈起來，使周圍電場盡可能地減小。獨立系統(tǒng)結構，減少接插件與連線；輸入輸出驅動器件、功率放大器件應盡量靠近線路板邊的引出接插件；提高可靠性，減少故障率。集成塊與插座接觸可靠，用雙簧插座，最好集成塊直接焊在印制板上，防止器件接觸不良。信號的輸入、輸出端以使用光耦進行光電隔離為好。這樣既可以防止外圍器件動作時產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)，又可使輸入端的干擾信號沒有足夠的功率去干擾發(fā)光二極管的正常工作。</p>

77、<p>　　4 算法的方案論證</p><p>　　4.1 循跡板采集算法</p><p>　　采用整齊均勻排列的發(fā)光二級管—光敏電阻循跡板，對于簡單又普通的路面條件（主要是白色和另外一種較深顏色），將采集到的電壓值和一個適當?shù)碾妷哼M行比較，從而標識為高電壓和低電壓。從而可以判斷該對應的光敏電阻是否在白線之上。由于循跡板上光敏電阻有一定數(shù)量，此算法能大致的判斷出車身相對于道

78、路的位置，確定路徑信息。這種離散算法的優(yōu)勢主要為簡便易行，對硬件及算法要求都比較低，在傳感器數(shù)目較多的情況下也可以實現(xiàn)較高的識別準確性。</p><p>　　但是，這種算法有個致命的缺陷，由于采集后的數(shù)據(jù)是離散的，循跡板無法識別兩個傳感器之間的“盲區(qū)”，因此，在機器人沿著曲線運動時，機器人無法較高精度的識別路徑，同時也會造成無法及時發(fā)現(xiàn)路線的偏移，導致調(diào)整方向時需要通過較大的調(diào)整幅度來實現(xiàn)補償，較大的波動將導致系

79、統(tǒng)的不穩(wěn)定和性能的下降。</p><p>　　由于離散算法在較快速的運動中，無法快速的識別和控制難度大。因此，在較復雜的控制系統(tǒng)中，連續(xù)化的數(shù)據(jù)采集量成為了實現(xiàn)真正智能的關鍵。事實上，光敏電阻特性并非如方案一那么簡單（白色區(qū)高電壓，深色區(qū)低電壓），其電壓大小與光明電阻受到光照程度有關。在常見的白色線為引導線的路面中，離白色越近，其電壓越高；離白色越遠，其電壓越低。具體的對應關系與光明電阻的特性及電路等有關，只要掌

80、握了傳感器電壓-偏移距離的特性關系，通過相關算法，就可以得到循跡板相對于標記線連續(xù)的相對位置信息。從而消除了傳感器間隙“盲區(qū)”，實現(xiàn)連續(xù)路徑的識別。</p><p><b>　　4.2 控制算法</b></p><p>　　4.2.1 總控制方案的確定</p><p>　　對智能車的控制就是對機器人的速度與方向進行控制，我們比較了模糊控制和

81、PID控制的優(yōu)缺點，鑒于模糊控制在控制智能車運動方面的天然優(yōu)勢，我們選用了模糊控制算法來控制機器人，達到了較理想的效果。在橫向上，即對機器人的方向控制，我們采用了由偏轉量、直行車速、轉彎速度三個變量組成的模糊控制器來控制；在縱向上，即對模型車的速度控制，我們采用了基于模型車當前速度和轉彎速度為輸入的模糊控制。</p><p>　　機器人控制算法總體框架如圖16所示。</p><p>　　線

82、條軌跡 轉角偏差 旋轉控制 旋轉速度</p><p>　　速度給定值 前進速度</p><p>　　圖16 控制算法總體框架圖</p><p>　　Figure16 Diagram of control algorithm framework</p&

83、gt;<p>　　4.2.2 PID算法簡介</p><p>　　PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術[16]最為方便。</p><p&g

84、t;　　（1）比例（P）控制。比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　?。?）積分（I）控制。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而

85、加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。</p><p>　?。?）微分（D）控制。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。微分控制用來解決自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。它能預測誤差變化的趨勢，提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。</p><p>　　PID控制器的參數(shù)

86、整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。</p>

87、<p>　　PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，本設計采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：</p><p>　　1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；</p><p>　　2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；</p&g

88、t;<p>　　3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。</p><p>　　4.2.3 模糊控制介紹</p><p>　　模糊控制實質(zhì)上是用計算機去執(zhí)行操作人員的控制策略，因而可以避開對象復雜的數(shù)學模型，力圖對人們關于某個控制問題的成功與失敗的經(jīng)驗進行加工，總結出知識，從中提煉出控制規(guī)則，實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的控制。</p><p>　　模

89、糊控制有以下的特點：</p><p>　　1）模糊工程的計算方法雖然是運用模糊集理論進行的模糊算法，但最后得到的控制規(guī)律是確定性的、定量的條件語句。</p><p>　　2）不需要根據(jù)機理與分析建立被控對像的數(shù)學模型，對于某些系統(tǒng)，要建立數(shù)學模型是很難的，甚至是不可能的。</p><p>　　3）與傳統(tǒng)的控制方法相比，模糊控制系統(tǒng)依賴于行為規(guī)則庫，由于是用自然語言表

90、達的規(guī)則，更接近于人的思維方法和推理習慣，因此，便于現(xiàn)場操作人員的理解和使用，便于人機對話，以得到更有效的控制規(guī)律。</p><p>　　模糊控制與計算機密切相關。從控制角度看，它實際上是一個由很多條件語句組成的軟件控制器。目前，模糊控制還是應用二值邏輯的計算機來實現(xiàn)，模糊規(guī)律經(jīng)過運算，最后還是進行確定性的控制。模糊推理硬件的研制和模糊計算機的開發(fā)，使得計算機將像人腦那樣隨心所欲地處理模棱兩可的信息，協(xié)助人們決策

91、和進行信息處理。</p><p>　　模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，是模糊控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的主要保證，因此，在模糊控制系統(tǒng)中，設計和調(diào)整模糊控制器的工作是很重要的。模糊控制是以控制人員的經(jīng)驗為基礎實施的一種智能控制，它并不需要精確的數(shù)學模型去描述系統(tǒng)的動態(tài)過程，因此，它的設計方法與常規(guī)控制器的設汁方法有所不同。模糊控制器的設計，一般是先在經(jīng)驗的基礎上確定各個相關參數(shù)及其控制規(guī)則，然后在運行中反復進行調(diào)整，以達到

92、最佳控制效果。模糊控制器的設計主要考慮以下幾項主要內(nèi)容：</p><p>　　1）確定模糊控制器的輸人變量和輸出變量(即控制量)；</p><p>　　2）設計模糊控制器的控制規(guī)則；</p><p>　　3）確立模糊化和解模糊的方法；</p><p>　　4）選擇模糊控制器的輸入變最及輸出變量的論域，并確定模糊控制器的參數(shù)(如量化因子、比例因

93、子等)；</p><p>　　5）編制模糊控制算法的應用程序。</p><p><b>　　4.3 方向控制</b></p><p>　　4.3.1 PID算法設計</p><p>　　為了能夠更好的反映曲線的變化方向性，我們?nèi)“拙€偏離循跡板中心點位置的差值作為控制的偏差Error。我們用最近幾次偏差值的第二大值作為

94、偏差值，通過絕對位置的偏差，我們可以確定機器人目前所在行駛路徑的曲率半徑。偏差值越大，則速度得越慢。由于用最近幾次采樣的偏差值之和作為積分控制，這樣做的好處是使得位置式算法中的積分量只是根據(jù)最近的采集信息有關系，而不是跟過去整個狀態(tài)都有關，這樣不容易產(chǎn)生較大的積累誤差。積分值越大，則說明所走的路線曲率變大或者機器人整體偏移比較嚴重。</p><p>　　采用最近幾次采樣數(shù)據(jù)差值的絕對值第二大值作為微分量，用來確定

95、機器人所在白線的曲率變化率，若差值為正數(shù)，則說明曲率還在繼續(xù)加大，曲率半徑仍然在減小，機器人需要進一步減速，加大轉彎速度；若差值為負，則表明所走路線逐漸變得直緩，機器人可以適當?shù)奶崴俸蜏p小轉彎速度。</p><p>　　在對三個系數(shù)進行調(diào)節(jié)的時候，要注意下面的規(guī)律：</p><p>　　曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；</p><p>　　曲線漂浮繞大灣，比例度盤往

96、小扳；</p><p>　　曲線偏離回復慢，積分時間往下降；</p><p>　　曲線波動周期長，積分時間再加長；</p><p>　　曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；</p><p>　　動差大來波動慢，微分時間應加長。</p><p>　　在機器人轉向的控制中，我們給以直行時的0°作為初始角度，記為Set

97、Point，而根據(jù)上面循跡板檢測的信號經(jīng)過必要的處理后，得到了一個偏離的NextPoint，用參考輸入減去NextPoint即可得到偏差信號Error，即：</p><p>　　Error = SetPoint - NextPoint</p><p>　　通過不斷調(diào)節(jié)PID量，從而實現(xiàn)對舵機轉向的控制。</p><p>　　4.3.2 PID控制算法的具體實現(xiàn)&l

98、t;/p><p>　　PID控制的C語言描述方法，首先定義一個結構體，里面包含PID控制的控制參數(shù)Kp、Ki和Kd，以及給定值和反饋值和偏差值等，PID控制的精華就是通過不斷調(diào)節(jié)Kp、Ki、Kd的值，得到適合的一組參數(shù)值，從而實現(xiàn)控制的目的。此外，在程序的具體實現(xiàn)中，還有PID_Init函數(shù)來實現(xiàn)參數(shù)的初始化，以方便參數(shù)的修改。而實現(xiàn)控制的程序則為PID_Control,計算偏差的積分和微分，返回各個控制參數(shù)和相應的

99、偏差量的乘積的和，即可實現(xiàn)控制。</p><p><b>　　結構體的定義如下：</b></p><p>　　Typedef struct </p><p><b>　　{</b></p><p>　　int NextPoint;     

100、0;  int ThisPoint;      //設定目標 Desired value     int Kp;             //比例常數(shù) Proportional Const &#

101、160;   int Ki;             //積分常數(shù) Integral Const     int Kd;          

102、;   //微分常數(shù) Derivative Const     int LastError;      //Error[-1]      int PrevError;      //Error[-2]

103、60;     int SumError;       //Sums of Errors</p><p>　　} SteerPID </p><p>　　SteerPID stPID;</p><p>　　而初始化函數(shù)的初步設計如下：</p>

104、<p>　　void PIDinit(void){stPID.ThisPoint=0;       //設定目標 Desired valuestPID.Kp=1500;             //比例常數(shù) Proportional Const

105、stPID.Ki=600;              //積分常數(shù) Integral ConststPID.Kd=60;             //微分常數(shù) Derivative Co

106、nststPID.LastError=0;       //Error[-1]stPID.PrevError=0;       //Error[-2]stPID.SumError=0;        //Sums of Er

107、rors  }</p><p>　　PID控制函數(shù)設計如下：</p><p>　　int steerPIDCalc (steerPID *pp){int dError,Error;Error=pp->ThisPoint-pp->NextPoint; //偏差pp->SumError+=Error; //積分dError=pp->Las

108、tError-pp->PrevError; //當前微分pp->PrevError=pp->LastError;pp->LastError=Error;return (pp->Kp*Error      // 比例項        +pp->Ki*pp->Su

109、mError // 積分項        +pp->Kd*dError);   //微分項}</p><p>　　通過上面的程序即可實現(xiàn)智能電動機器人轉向的PID控制。</p><p>　　4.3.3 濾波算法介紹</p><p>　　由于系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時，難免受到

110、外界環(huán)境變化影響，或是受到自身系統(tǒng)設計不足而導致穩(wěn)定性不足的影響。采集的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)一些不太正常的起伏波動。如果這種錯誤的數(shù)據(jù)也被納入計算的數(shù)據(jù)里，必然會引起處理后的數(shù)據(jù)也出現(xiàn)不正常的起伏波動，嚴重的情況可能會使系統(tǒng)無法采集到正確的數(shù)據(jù)、且對后面的數(shù)據(jù)產(chǎn)生長遠的誤差影響。因此，濾波算法成為了必要[17]。</p><p>　　4.3.4 濾波算法的具體實現(xiàn)</p><p>　　本設計中主

111、要有三個的濾波方式算法。</p><p>　　算法一：模糊濾波。根據(jù)經(jīng)驗可知， 16個傳感器中屬于高電平的值應該是連續(xù)分布的。而且實驗后得知，最多只有三個傳感器對應的AD值屬于高電平。我們通過判斷，AD_value[m]是否等于AD_value[m+3] 和AD_value[m]是否等于AD_value[m-3]來判斷采樣的是否成功。其中m為最大的AD采樣值MAX_value。其代碼如下：</p>

112、<p>　　for(i=0;i<11;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(AD_value[m]==AD_value[m+3]||AD_value[m]==AD_value[m-3])</p><p><b>　　return 0;</b></p>&l

113、t;p>　　break; //跳出函數(shù)，不進行下面無用功的計算。</p><p><b>　　}</b></p><p>　　算法二：平均值濾波。通過對多次采樣值去平均值，可以消除絕大多數(shù)的尖刺抖動。其代碼如下：</p><p>　　for(i = 0;i<16;i++)</p><p><b>

114、;　　{</b></p><p>　　temp = AD_value[i] ; //保存上次的采樣值</p><p>　　AD_value[i] = AD976_Convert(i); </p><p>　　AD_value[i]=(AD_value[i]+temp2)/2; //取兩次的平均值，濾波</p>