运动控制课程设计

大连理工大学本科实验报告课程名称：运动控制系统课程设计学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：自动化班级：0804学号：200881197学生姓名：何韬2011年12月20日设计背景无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它一般是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。自上世纪80年代以来在无人驾驶汽车方面各国均取得了很大成就。1995年，一辆由美国卡耐基梅隆大学研制的无人驾驶汽车Navlab-V，完成了横穿美国东西部的无人驾驶试验。2005年，美国国防部“大挑战”比赛上，最终由美国斯坦福大学工程师们改装的一辆大众途锐多功能车经过7个半小时的长途跋涉完成了全程障碍赛，第一个到达了终点。在赛道上，无人驾驶汽车需要穿越沙漠、通过黑暗的隧道、越过泥泞的河床并需要在崎岖险峻的山道上行使，整个行程无人驾驶汽车需要绕过无数个障碍。1989年，我国首辆智能小车在国防科技大学诞生，2000年6月，国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达76km，创下国内最高纪录。电动车改造要求（1）实现电动车的速度控制（2）实现电动车的方向盘控制（3）实现电动车的刹车控制（4）实现电动车的前进和后退控制（5）采用RS485通信协议设计思路1.速度控制要求：速度控制分5个档位，从0开始，每一千欧一档，利用单片机进行控制，开关量输出，上拉电阻阻值为4.7kΩ。这一小节是利用单片机对输出端开关量进行控制分别对5个电阻线路的开关用继电器进行控制，从而实现变换档位。光耦继电器控制开关电路如下图所示上图电路中如果MCS-51的输出端口输出为1时开关打开，0时开关闭合。在下面的叙述中光耦开关电路比较常用，所以用下面的图标代替，具体电路如上图所示：为了分为5档，每一档都应该有继电器进行开关控制，即为光耦电路，然后利用MCS-51单片机对输出值进行控制。所以速度控制主体电路图如下图所示：（表示继电器控制开关，为电阻）上图中单片机的P1.1-P1.5口控制每个档位的开关，当任意一个口输出0时开关闭合，档位变换。设计中程序需要烧进单片机，下图所示为单片机最小系统：设计中电源要求为直流5v，可提供电源为9V或12V直流电，需要进行转换，针对此项要求，可使用7805芯片，原理图如下：2.方向控制通过角速度传感器测量物体转角变化，然后通过积分电路得到角度信号。和使能信号、转角信号一块控制步进电机。3.刹车控制当通+36V电压的时候智能车的档位逐渐自动增加，当通-36V电压时档位逐渐减少，利用电动机拉动滑动变阻器移动，改变电阻值从而改变输入的电压值，将改变的电压值输入到AD转换器里，用单片机的A/D采样将电阻值的模拟量转换为数字量在外部将具体的档位值显示出来便于决定下一步该如何控制。设计中AD转换器选用TCL7135，显示选用七段数码管，后接MCS-51单片机，将采集来的数据在单片机里进行处理，在输出端输出，输出接到数码管上便于在外部观察当前的档位值。电路图大致如下所示：当开关选择+36V时，电动机正转，拉动杆带动滑动变阻器向下来电阻值增大输入的电压增大，档位变大。当开关选择-36V时，电动机反转，拉动杆带动变阻器向上，电阻减小，档位变小。，当开关悬空时CLK时钟信号没有输入，A/D不工作。4.前进和后退本部分同样用光耦控制继电器的电路来对智能车的前进和后退进行控制。控制电路如下图所示，被控电机光耦继电器开关MCS51被控电机光耦继电器开关MCS51单片机P1.0口当单片机的P1.0口输出为高电平1是电流从励磁线圈正向通电，智能车前进，反之，如果上输出为低电平0，则开关转向，电流反向通过励磁线圈，反向通电，智能车后退。5.通信本次设计中的通信部分采用MAX485通信芯片，由于下位机的模块距上位机较远，为实现多个流量计与上位机的通信，本系统选用MAX485作为系统与上位机的通信接口芯片，同时选用一个RS-232C、RS-485转接头，将RS232电平信号转换成RS485电平信号，即经转头一侧与PC机连接另一侧通过MAX485与单片机相连，实现两者间的通讯。这样，就可利用RS-485标准电平的优势实现PC机和单片机之间的串行长距离可靠通讯。利用MAX485实现485协议通信的原理图如下：体会这次课程设计让我了解了基于单