毕业设计 基于Freescale S12单片机对移动小车控制系统进行设计.doc

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第1章绪论 1论文研究的背景 闭环控制是自动控制论的一个基本概念,也称反馈控制,在日常生活的各种控制实例中有具体的表现方式,比如常用交通工具中电车的速度控制,汽车的速度控制,冰箱的温度调节等,其中采用闭环控制方案对直流电机进行调速是生产生活中最常见的一种闭环控制实例。在工业自动化飞速发展的今天,利用高性能单片机来完成对仪器设备的自动化控制是其中最重要的一个环节。本文研究对象是基于Freescale单片机的移动小车控制系统设计,涉及到对直流电机的速度控制,倒车防撞报警器设计,LCDLiquid Crystal Display)显示等功能,既应用了本科阶段所学的电路基础知识、自动控制理论知识,又充分利用了Freescale单片机的高性能与可靠性。 1.1.1速度闭环控制系统 随着工业自动化以及电子信息技术和自动控制技术的不断发展,电机的种类不断增加,性能也更加出色。以电机为动力的车辆的自动化程度也越来越高,对车辆自动化程度的要求也越来越高,电车近几十年来发展十分迅速,直流电机电瓶车的速度控制水平也得到了极大的提高。转速控制作为电机控制中最关键的部分,具体反映到电车就是在车体速度控制上,而速度闭环控制作为重要的控制方式,得到了最广泛的应用。 直流电机速度闭环控制系统包括以下内容: 1)直流电机在接到起动电压后起动; 2)转速达到预设速度后,利用PWM脉宽调制电路产生方波,并通过单片机设定占空比,达到无级调速; ()采用直流电机反接制动原理来调速,在增量PID控制算法下达到稳定转速的效果。 速度闭环控制系统硬件组成: 1)PWM脉宽调制电路 2)测速装置(电压输出型光电码盘) 3)动力装置(直流电机) 4)直流电机驱动器 1.1.2超声波倒车防撞系统 改革开放以后,我国经济快速发展,汽车的拥有量大大增加,一些大中型城市交通拥挤,导致交通事故频发。安全驾驶逐渐成为大家关注的焦点,倒车防撞系统的需求非常迫切,因此对其进行设计生产显得非常重要。此倒车防撞系统利用了超声波的特点和优点,将超声波测距和飞思卡尔单片机结合为一体,设计出一种基于MC9S12DG128B单片机的超声波倒车防撞报警系统。 1、超声波测距模块 在本系统中,超声波模块的主要任务是:通过单片机产生40KHz的脉冲,来激发发射探头发出超声波,接收探头接收到超声波后反馈给单片机一段脉冲。单片机定时器记录发射跟接收的40KHz脉冲的时间,算出时间间隔,然后通过编程算法计算出距离。 2、防撞报警系统 本系统采用LED发光二极管作为报警器。在车体逐渐逼近障碍物的过程中,通过编程使单片机引脚产生一定频率的脉冲,驱动发光二极管。当倒车时候,如果逼近障碍物,则发光二极管闪烁频率会加快,进而判定有障碍物,达到防撞报警的作用。 1.1.3LCD液晶显示系统 在日常生活中,我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的最大辅助功能,如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到,显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中,一般的输出方式有以下几种:发光管、LED数码管、液晶显示器等。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点: 1、显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度,恒定发光,而不像阴极射线管显示器CRT)那样需要不断刷新新亮点。因此,液晶显示器画质高且不会闪烁。 2、数字式接口 液晶显示器都是数字式的,和单片机系统的接口更加简单可靠,操作更加方便。 3、体积小、重量轻 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的,在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 4、功耗低 相对而言,液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上,因而耗电量比其它显示器要少得多。 由于以上诸多优点,本系统中采用LCD1602A字符液晶来完成LCD显示模块的设计,做到小车行驶时候对小车速度的实时显示,完善移动小车的功能。 1.论文研究的目的和意义 本设计以Freescale CodeWarrior为开发环境,采用MC9S12DG128B16位MCU (Micro Control Unit)作为主控芯片,利用MC9S12DG128B教学实验系统并增加必要的外围辅助电路,设计完成直流电机的速度闭环控制,直流电机驱动器,超声波倒车防撞报警器,LCD显示系统等功能。整个系统的设计不仅是对小车控制系统的开发,而且充分的利用了清华大学的MC9S12DG128B教学实验系统,达到了理论与实践的结合,加深了对自动控制理论的了解。 1.2.直流电机闭环控制的目的和意义 电机在工业生产中的主要控制方式为闭环控制,电机闭环控制技术的不断改进带来生产和生活了众多的好处:能够提高电机运行过程中的平稳,进而使以电机为动力的机械可靠

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