智能巡線小車的多模式速度控制系統

摘要：介紹了基于Freescale HCS12系列單片機的智能巡線小車多模式速度控制系統的設計方案。該速度控制系統主要由直流電機驅動電路、速度檢測模塊和無線通信模塊構成，包含四種速度模式。介紹了速度控制系統的總體結構，并分析了其主要模塊的工作原理。介紹了軟件思想和程序設計流程圖。實驗結果表明，該多模式速度控制系統保證了智能巡線小車具有較好的穩(wěn)定性和快速跟隨性。
關鍵詞：單片機；多模式；制動；穩(wěn)定性；快速跟隨性

引言

目前，設計出具有智能化的產品已經成為商家開發(fā)產品的目標之一，也是學生課外科技活動的熱點之一；其中，專門針對具有自主巡線功能的智能小車的設計更是數不勝數，但大多數智能巡線小車只是完成了“智能化”所要求的各部分的功能，在小車速度的穩(wěn)定性和快速性上考慮的相對比較少。本文主要針對具有自主巡線功能的智能小車，設計出了一種多模式速度控制系統，可以使智能小車具有較好的穩(wěn)定性和快速跟隨性。同時，該速度控制系統的多模式設計思想也可以用在以其它系列單片機為控制核心的智能模型車上。

1 控制系統原理

多模式速度控制系統的速度模式有4種：1、開環(huán)加速模式2、反接制動模式3、能耗制動模式4、速度閉環(huán)運行模式。系統模式通過速度測量值與給定值的偏差范圍進行選擇，速度給定值由前方傳感器檢測到的路徑形狀進行設定，而偏差范圍與模式選擇的關系根據電機自身的特性曲線和智能小車實際運行情況進行設定。

多模式速度控制系統由HCS12單片機、直流電機驅動電路、直流電機、速度檢測模塊和無線通信模塊組成。單片機產生的PWM波通過由H橋組成的驅動電路來控制直流電機的輸入電壓大小，速度檢測模塊通過旋轉編碼器把電機的轉速轉換為單位時間內的脈沖個數，無線通信模塊實現對速度控制系統相關參數的實時監(jiān)測與調整，主要用于系統的調試和開發(fā)。整個速度控制系統的電源均由一節(jié)7.2V鎳鎘電池提供，控制系統原理圖如圖1所示。系統中使用低差壓穩(wěn)壓器LM2940將7.2V電源變?yōu)?V穩(wěn)壓電源輸出，可為單片機、速度檢測模塊和無線通信模塊等提供相應的電源，也可減少電池電壓不穩(wěn)定給控制系統各個部分帶來的不良影響，保證了控制系統的穩(wěn)定運行【1】。

圖1 控制系統原理圖

2 控制系統硬件設計

2.1 直流電機驅動電路

系統中采用的直流電機型號為RS―380H。直流電機驅動采用飛思卡爾公司的5A 集成H 橋芯片MC33886。MC33886芯片內置了控制邏輯、電荷泵、門驅動電路以及低導通電阻的MOSFET 輸出電路，適合用來控制感性直流負載，可以提供連續(xù)的5A 電流，并且集成了過流保護、過熱保護、欠壓保護。直流電機驅動電路如圖2所示。

圖2 直流電機驅動電路

通過控制MC33886 的四根輸入線可以方便地實現電機正轉、反轉、能耗制動及反接制動。圖3為經過簡化的H 橋電路，當S1、S4 導通且S2、S3 截止時，電流正向流過電機，電機正轉；S2、S3 導通S1、S4 截止時，電流反向流過電機，適當利用這個過程可以使電機處于反接制動狀態(tài)，迅速降低電機速度；當S3、S4導通且S1、S2 截止時，沒有電源加在電機上，可認為電機一端直接與另一端連接在一起，此時電機處于能耗制動狀態(tài)。