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自動循跡小車

小車采用一片 TI公司LDC1314或LDC1000電感數(shù)字轉換器作為循跡傳感器,在規(guī)定的平面跑道自動按順時針方向循跡前進。跑道的標識為一根直徑0.6~0.9mm的細鐵絲

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項目簡介
小車采用一片 TI公司LDC1314或LDC1000電感數(shù)字轉換器作為循跡傳感器,在規(guī)定的平面跑道自動按順時針方向循跡前進。跑道的標識為一根直徑0.6~0.9mm的細鐵絲
硬件說明

電機數(shù)量方案

方案一:采取四驅驅動方案,因其動力輸出以及重力配比均衡,行駛穩(wěn)定性好,但是由于循跡小車對于車體的靈活性以及方向可控度要求都比較高,所以四驅驅動并不是特別合適。

方案二:采取二驅加雙萬向輪驅動方案,這種驅動方案可以最大限度的保持整個系統(tǒng)的靈活性,在小車的循跡過程中保持小車最大靈活的方向實時調(diào)整以及小車的穩(wěn)定行駛。但這種方案限制了小車的動力空間。同時通過調(diào)整電機型號,最大程度的改善了本方案限制電機動力空間的弊端。

綜上所述,本系統(tǒng)采用方案二。

控制器模塊方案

方案一:采用傳統(tǒng)的 51 單片機,運用比較廣泛,有良好的知識作為基礎,上手很快。但是本系統(tǒng)的程序量較大,要求數(shù)據(jù)處理能力高,需要的I\O 口資源較多,51單片機難以勝任。

方案二:采用ST公司的STM32F103單片機,ARM高速內(nèi)核,超強性能,片內(nèi)資源非常充足,雖然STM32操作比傳統(tǒng)51單片機復雜的多,但是STM32有豐富的庫函數(shù)資源,操作方便,功能強大,能非常良好的完成任務。

綜上所述,在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,以及滿足任務要求的情況下,本系統(tǒng)采取方案二。

 

 

電機驅動模塊方案

方案一:利用 H 橋電路的電機驅動模塊。此種電路包含若干個三極管及外圍電阻等器件,通用性強, 功能強大。 通過對相關端口的寫入, 能夠實現(xiàn)兩電機正反轉和PWM調(diào)速。 但是,由于三極管本身工作電流的限制,此電路不能夠驅動大功率電機,并且電路暴露在外部導致穩(wěn)定性不高,所以放棄使用該方案。

方案二:基于 L298N 的電機驅動模塊。 L298N 是一款專門用于驅動電動機的芯片,具有高集成度、高功率的特點,其輸出電流為2A ,最高電流 4A ,最高工作電壓 50V ,可以驅動感性負載,如大功率直流電機,步進電機,減速電機,伺服電機,電磁閥等,較少的外圍電路(僅需要保護用的二極管和濾波電容)便可以很好地驅動大功率的電機。其輸入端可以與單片機直接相聯(lián),從而很方便地受單片機控制。當驅動直流電機時,可以直接控制兩路電機,并可以實現(xiàn)電機正轉與反轉,實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。而且模塊體積小,穩(wěn)定性高。

綜合上述兩個方案,本系統(tǒng)選擇方案二QQ圖片.jpg.png



軟件說明

1金屬探測模塊采集與計算

金屬探測LDC1314是根據(jù)電磁感應原理制成的,將一金屬置于變化的磁場當中時,根據(jù)電磁感應原理就會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生渦流,渦流產(chǎn)生的磁場反過來又影響原磁場,這種變化可以轉換為電壓幅值的變化,供相關電路進行檢測。通過改變金屬和線圈之間的距離得到不同的值,對前端探測到的數(shù)據(jù)進行再處理和分析,當其中一個線圈探測到鐵絲則讓小車向相反方向前進,若發(fā)現(xiàn)附近有硬幣存在該探測器發(fā)出聲音警報。

LDC1314可以同時測量阻抗和頻率。LDC1314是通過調(diào)節(jié)振蕩器的幅度同時檢測LC的諧振損耗來實現(xiàn)這個測量的。通過檢測注入到LC諧振單元的能量,可以計算出RP。在LDC1000中RP值被轉化為數(shù)字量,數(shù)值跟RP的值成反比。LDC1314可以檢測到LC的諧振頻率。諧振頻率用于計算LC中的L值。頻率值也有LDC1314轉換為數(shù)字量。諧振LC中的C是已知的(電板上焊接),所以根據(jù)諧振頻率就能計算出L值。根據(jù)衰減振蕩的曲線可以計算出RP。

采用高精度的LCD1314電磁傳感器,不斷采集由傳感器的通道1和通道0采集的諧振頻率的數(shù)據(jù)。LCD1314和所有設備寄存器之間的通信采用400kHzI2C接口,實現(xiàn)高速連信,精確測量采集的諧振的頻率,在通過內(nèi)部的12AD的轉換將其測量的模擬量轉化為可輸出的數(shù)字量讀取測量數(shù)據(jù),然后通過輸出到STM32單片機自帶的LCD,實時的檢測數(shù)據(jù)。但由于LCD1314的傳感器受到電流、溫度的影響,因此需要一定的補償X。小車采用了兩只5V 2.5A直流電機,作為運動系統(tǒng)的驅動,傳感器實時檢測諧振,并且轉換成數(shù)據(jù)量,單片機處理傳來的數(shù)據(jù)量,調(diào)節(jié)輸出PWM占空比,控制兩只電機的運動的狀態(tài)。從而實現(xiàn)小車的尋跡。

    本系統(tǒng)對比控制法,和軟件濾波。當兩個通道不接觸鐵絲是,測得數(shù)據(jù)居為date0 

date1.由于傳感器的收到干擾。補償為實時檢測的數(shù)據(jù)為date0(t),date1(t)。采用軟件濾波,對date0date1采樣十次測平均值。

date0(t)>=date0+MA[N] 則控制左邊的電機速度減慢,右邊加快

date1(t)>=date1+MA[N] :   則控制右邊的電機速度減慢,左邊加快

date0(t)<=date0 +MA[N] && date1<=date1+MA[N] :  則左右前進

其中,MA[N] :新的平均值;MA[n-1]:上一個移動的平均值;N:要求的平均值的樣本;X[n]:當前LDC樣本。

2循跡小車運動控制分析

采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機轉速有影響,脈沖頻率高連續(xù)性好,但帶帶負載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn),脈沖頻率在40HZ以下,電動機轉動平穩(wěn),但加負載后,速度下降明顯,低速時甚至會停轉;脈沖頻率在10HZ以下,電動機轉動有明顯跳動變化。

  理論計算后得,脈沖頻率在15HZ到30HZ時效果最佳。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過第一端口輸入信號,第二端口輸入低電平與第一端口輸入低電平,第二端口輸入信號分別實現(xiàn)電動機正轉與反轉功能。通過對信號占空比的調(diào)整來對車速進行調(diào)節(jié)。速度微調(diào)方面,可以通過對占空比跨度漸增或漸減分別對速度的逐加和逐減。

 因為本系統(tǒng)采用了四個金屬探頭來探測跑道鐵絲標識,所以采用了5種行駛模式:前進模式,左轉模式,右轉模式,行駛左轉模式,行駛右轉模式來解決應對跑道中不同類型的道路,前進模式,行駛左轉模式,行駛右轉模式,以前面兩個金屬探頭為主,后面兩個金屬探頭為輔助,而左轉模式和右轉模式以后面兩個探頭為主,前面兩個探頭作為輔助;這樣做的好處在于能夠更好的適應跑道,加強小車的行駛穩(wěn)定性,當在直道行駛過程中,一旦當小車因為速度過快慣性跑出,前面的探頭檢測不到跑道時候,而后面探頭卻能檢測到跑道,此時調(diào)用行駛左轉或者右轉模式來迅速校正小車頭向,最大限度避免慣性的影響,而正常情況下采用前進模式,而左轉模式與右轉模式剛好與之前相反,當前面探頭一側檢測到跑道另一側卻沒有,而后面探頭不能檢測到鐵絲的時候(鐵絲在兩個探頭中間),此時可以確定為彎道,此時調(diào)用左轉模式與右轉模式;這樣用不同的模式在加上PID算法來應對不同的情況,能夠最大限度的提升小車的行駛穩(wěn)定性的情況下,還能夠加強小車的行駛速度。

 

3控制算法分析

   在模擬控制系統(tǒng)中,控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。PID控制器又稱PID調(diào)節(jié)器,是工業(yè)控制中系統(tǒng)中常用的有源校正裝置。可以用軟件實現(xiàn)PID控制算法,而且可以利用計算機的邏輯功能,使PID控制更加靈活。數(shù)字PID控制生產(chǎn)過程是一種最普遍采用的控制方法

系統(tǒng)的傳感器得到的測量結果 控制器作出決定 通過一個輸出設備來作出反應 控制器從傳感器得到測量結果,然后用需求結果減去測量結果來得到誤差。然后用誤差來計算出一個對系統(tǒng)的糾正值來作為輸入結果,這樣系統(tǒng)就可以從它的輸出結果中消除誤差。

最為理想的控制當屬比例-積分-微分控制規(guī)律。它集三者之長:既有比例作用的及時迅速,又有積分作用的消除余差能力,還有微分作用的超前控制功能。

當偏差階躍出現(xiàn)時,微分立即大幅度動作,抑制偏差的這種躍變;比例也同時起消除偏差的作用,使偏差幅度減小,由于比例作用是持久和起主要作用的控制規(guī)律,因此可使系統(tǒng)比較穩(wěn)定;而積分作用慢慢把余差克服掉。只要三個作用的控制參數(shù)選擇得當,便可充分發(fā)揮三種控制規(guī)律的優(yōu)點,得到較為理想的控制效果。

本方案采用單回路PID控制方案,選取電機轉動值作為反饋信號,此方案間接對電機進行控制



演示效果

QQ圖片20170303180817.png

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  • 明明就是你: 有沒有完整的文檔?

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