運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)

大連理工大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：電子信息與電氣工程學(xué)部專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：0804學(xué)號(hào)：200881197學(xué)生姓名：何韜2011年12月20日設(shè)計(jì)背景無(wú)人駕駛汽車是一種智能汽車，也可以稱之為輪式移動(dòng)機(jī)器人，主要依靠車內(nèi)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。它一般是利用車載傳感器來(lái)感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。自上世紀(jì)80年代以來(lái)在無(wú)人駕駛汽車方面各國(guó)均取得了很大成就。1995年，一輛由美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)研制的無(wú)人駕駛汽車Navlab-V，完成了橫穿美國(guó)東西部的無(wú)人駕駛試驗(yàn)。2005年，美國(guó)國(guó)防部“大挑戰(zhàn)”比賽上，最終由美國(guó)斯坦福大學(xué)工程師們改裝的一輛大眾途銳多功能車經(jīng)過(guò)7個(gè)半小時(shí)的長(zhǎng)途跋涉完成了全程障礙賽，第一個(gè)到達(dá)了終點(diǎn)。在賽道上，無(wú)人駕駛汽車需要穿越沙漠、通過(guò)黑暗的隧道、越過(guò)泥濘的河床并需要在崎嶇險(xiǎn)峻的山道上行使，整個(gè)行程無(wú)人駕駛汽車需要繞過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)障礙。1989年，我國(guó)首輛智能小車在國(guó)防科技大學(xué)誕生，2000年6月，國(guó)防科技大學(xué)研制的第4代無(wú)人駕駛汽車試驗(yàn)成功，最高時(shí)速達(dá)76km，創(chuàng)下國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄。電動(dòng)車改造要求（1）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的速度控制（2）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的方向盤控制（3）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的剎車控制（4）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的前進(jìn)和后退控制（5）采用RS485通信協(xié)議設(shè)計(jì)思路1.速度控制要求：速度控制分5個(gè)檔位，從0開始，每一千歐一檔，利用單片機(jī)進(jìn)行控制，開關(guān)量輸出，上拉電阻阻值為4.7kΩ。這一小節(jié)是利用單片機(jī)對(duì)輸出端開關(guān)量進(jìn)行控制分別對(duì)5個(gè)電阻線路的開關(guān)用繼電器進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)變換檔位。光耦繼電器控制開關(guān)電路如下圖所示上圖電路中如果MCS-51的輸出端口輸出為1時(shí)開關(guān)打開，0時(shí)開關(guān)閉合。在下面的敘述中光耦開關(guān)電路比較常用，所以用下面的圖標(biāo)代替，具體電路如上圖所示：為了分為5檔，每一檔都應(yīng)該有繼電器進(jìn)行開關(guān)控制，即為光耦電路，然后利用MCS-51單片機(jī)對(duì)輸出值進(jìn)行控制。所以速度控制主體電路圖如下圖所示：（表示繼電器控制開關(guān)，為電阻）上圖中單片機(jī)的P1.1-P1.5口控制每個(gè)檔位的開關(guān)，當(dāng)任意一個(gè)口輸出0時(shí)開關(guān)閉合，檔位變換。設(shè)計(jì)中程序需要燒進(jìn)單片機(jī)，下圖所示為單片機(jī)最小系統(tǒng)：設(shè)計(jì)中電源要求為直流5v，可提供電源為9V或12V直流電，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，針對(duì)此項(xiàng)要求，可使用7805芯片，原理圖如下：2.方向控制通過(guò)角速度傳感器測(cè)量物體轉(zhuǎn)角變化，然后通過(guò)積分電路得到角度信號(hào)。和使能信號(hào)、轉(zhuǎn)角信號(hào)一塊控制步進(jìn)電機(jī)。3.剎車控制當(dāng)通+36V電壓的時(shí)候智能車的檔位逐漸自動(dòng)增加，當(dāng)通-36V電壓時(shí)檔位逐漸減少，利用電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)滑動(dòng)變阻器移動(dòng)，改變電阻值從而改變輸入的電壓值，將改變的電壓值輸入到AD轉(zhuǎn)換器里，用單片機(jī)的A/D采樣將電阻值的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量在外部將具體的檔位值顯示出來(lái)便于決定下一步該如何控制。設(shè)計(jì)中AD轉(zhuǎn)換器選用TCL7135，顯示選用七段數(shù)碼管，后接MCS-51單片機(jī)，將采集來(lái)的數(shù)據(jù)在單片機(jī)里進(jìn)行處理，在輸出端輸出，輸出接到數(shù)碼管上便于在外部觀察當(dāng)前的檔位值。電路圖大致如下所示：當(dāng)開關(guān)選擇+36V時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，拉動(dòng)桿帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器向下來(lái)電阻值增大輸入的電壓增大，檔位變大。當(dāng)開關(guān)選擇-36V時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，拉動(dòng)桿帶動(dòng)變阻器向上，電阻減小，檔位變小。，當(dāng)開關(guān)懸空時(shí)CLK時(shí)鐘信號(hào)沒(méi)有輸入，A/D不工作。4.前進(jìn)和后退本部分同樣用光耦控制繼電器的電路來(lái)對(duì)智能車的前進(jìn)和后退進(jìn)行控制?？刂齐娐啡缦聢D所示，被控電機(jī)光耦繼電器開關(guān)MCS51被控電機(jī)光耦繼電器開關(guān)MCS51單片機(jī)P1.0口當(dāng)單片機(jī)的P1.0口輸出為高電平1是電流從勵(lì)磁線圈正向通電，智能車前進(jìn)，反之，如果上輸出為低電平0，則開關(guān)轉(zhuǎn)向，電流反向通過(guò)勵(lì)磁線圈，反向通電，智能車后退。5.通信本次設(shè)計(jì)中的通信部分采用MAX485通信芯片，由于下位機(jī)的模塊距上位機(jī)較遠(yuǎn)，為實(shí)現(xiàn)多個(gè)流量計(jì)與上位機(jī)的通信，本系統(tǒng)選用MAX485作為系統(tǒng)與上位機(jī)的通信接口芯片，同時(shí)選用一個(gè)RS-232C、RS-485轉(zhuǎn)接頭，將RS232電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485電平信號(hào)，即經(jīng)轉(zhuǎn)頭一側(cè)與PC機(jī)連接另一側(cè)通過(guò)MAX485與單片機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)兩者間的通訊。這樣，就可利用RS-485標(biāo)準(zhǔn)電平的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和單片機(jī)之間的串行長(zhǎng)距離可靠通訊。利用MAX485實(shí)現(xiàn)485協(xié)議通信的原理圖如下：體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)讓我了解了基于單