智能巡線小車的多模式速度控制系統

本設計中使用兩片MC33886 并聯，一方面進一步減小導通電阻對電機特性的影響，另一方面減小過流保護電路對電機啟動及制動時的影響【2】。

圖3 簡化的H橋電路

2.2 速度檢測模塊

通過在電機驅動軸的齒輪上加裝小型旋轉編碼器,使旋轉編碼器齒輪與電機驅動軸的齒輪進行嚙合。這樣，就可通過實驗測定每個脈沖對應的智能小車運行的距離；同時，可設定一個合適的定時中斷作為脈沖采樣周期，根據每個采樣周期內旋轉編碼器的輸出脈沖個數就可計算出智能小車的實際速度，這樣就使脈沖個數和智能小車實際速度具有了明確的對應關系，實際操作、測量非常方便。在本設計中，選用了OMRON E6A2-CS3E旋轉編碼器，該編碼器采用5v 供電，單相輸出，每圈輸出60個脈沖，用在本系統中比較合適【3】。在采樣周期的選取中，考慮到脈沖計數器所能允許的最大值及脈沖計數值要參與實際的運算，為了避免數據溢出，采樣周期不能選取過大。

2.3 無線通信模塊

本系統中的無線通信模塊是基于nRF403的無線數據傳輸模塊，并在此基礎上實現了MODBUS 通信協議。該模塊在智能小車參數測試及程序調試的過程中起到了很大的作用。在智能小車運行的過程中，可以通過下位機將與小車運行狀態有關的各項參數發送到上位機，并可通過簡單的VB程序在上位機上顯示出相應的狀態曲線，從而達到對智能小車的運行狀態進行實時監測的目的。在PID參數整定過程中，根據小車的實際運行狀態和P、I、D參數對控制系統的影響，可以通過上位機來改變下位機的P、I、D參數而不用重新燒寫程序，給系統的在線調試帶來了很大的方便。

3 控制系統軟件設計

HCS12單片機內置PWM模塊，在程序中只需調用相關函數設定PWM周期和寫入PWM占空比的值，就可以產生實際需要的PWM波【4】。考慮到有多模式調節，對閉環控制的響應速度要求不高，閉環控制采用了速度單閉環控制和位置式的PI控制算法，PI運算的結果作為PWM占空比的設定值。采用速度單閉環控制既達到了多模式調節中閉環運行模式的效果，同時也降低了系統設計的復雜性。在PI控制算法中，P、I參數整定的比較弱，這樣智能小車在過彎時的速度有一定的自然降落，可以防止智能小車脫離軌道。控制系統程序主要采用C語言編寫，PI控制算法程序流程圖如圖4【5】。本文設計的多模式速度控制系統，可以作為一個比較完整的模塊調用，這樣很容易與路徑檢測系統相結合，形成完整的具有自主巡線功能的智能小車。

圖4 PI控制算法程序流程圖

本控制系統選擇了一通過CMOS攝像頭進行道路識別的智能小車進行實驗，通過多次實驗及觀察得出：速度偏差在±5%以內智能小車運行在速度閉環模式，小于-5%切換到開環加速模式，大于5%且小于6%切換到能耗制動模式，大于6%切換到反接制動模式，這樣可以使智能小車在不脫離軌道的情況下達到較快的速度，具有較好的穩定性和快速跟隨性能。

4 總結

本文的創新點在于，設計的速度控制系統具有四種速度模式：1、開環加速模式2、反接制動模式3、能耗制動模式4、速度閉環運行模式。該多模式速度控制系統可以使智能小車在任何兩種速度模式之間進行快速的切換，同時保證智能小車仍能很穩定地運行。該多模式速度控制系統適用于多種類型的智能小車，可以使智能小車根據路面條件的變化，在速度調節上具有更好的靈活性。