第9章計算機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、第第9章章 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計計算機控制系統(tǒng)設(shè)計9.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟9.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計和實現(xiàn)系統(tǒng)的工程設(shè)計和實現(xiàn)9.3 某新型建材廠全自動預(yù)加水控制系統(tǒng)設(shè)計某新型建材廠全自動預(yù)加水控制系統(tǒng)設(shè)計9.4 基于單片機的智能車模型設(shè)計基于單片機的智能車模型設(shè)計9.5 基于基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器的離網(wǎng)型智能光伏逆變器9.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的原則與步驟設(shè)計原則設(shè)計原則: 1.安全可靠安全可靠 2.操作維護方便操作維護方便 3.實時性強實時性強 4.通用性好通用性好 5.經(jīng)濟效益高經(jīng)濟效益高 系統(tǒng)設(shè)計的步驟系統(tǒng)設(shè)計的步驟 系統(tǒng)工

2、程項目的研制分四個階段：系統(tǒng)工程項目的研制分四個階段：n工程項目和控制任務(wù)的確定階段；工程項目和控制任務(wù)的確定階段；n工程項目的設(shè)計階段；工程項目的設(shè)計階段；n離線仿真和調(diào)試階段；離線仿真和調(diào)試階段；n在線調(diào)試和運行階段。在線調(diào)試和運行階段。階段階段1.工程項目和控制任務(wù)的確定階段工程項目和控制任務(wù)的確定階段1）甲方一定要提供正式的書面委托書，要有明確的系統(tǒng)技術(shù)性能指）甲方一定要提供正式的書面委托書，要有明確的系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)要求、經(jīng)費、計劃進度、合作方式等。標(biāo)要求、經(jīng)費、計劃進度、合作方式等。2）乙方研究任務(wù)委托書）乙方研究任務(wù)委托書3）雙方對委托書進行確認性修改）雙方對委托書進行確認性修改

3、4）乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設(shè)計）乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設(shè)計5）乙方進行可行性研究）乙方進行可行性研究 目的目的:估計承接該項任務(wù)的把握性，并為簽訂合同估計承接該項任務(wù)的把握性，并為簽訂合同 后的設(shè)計打下基后的設(shè)計打下基礎(chǔ)礎(chǔ) 主要內(nèi)容：技術(shù)可行性；經(jīng)費可行性；進度可行性主要內(nèi)容：技術(shù)可行性；經(jīng)費可行性；進度可行性6）簽訂合同書）簽訂合同書階段階段2.工程項目的設(shè)計階段工程項目的設(shè)計階段如下圖所示如下圖所示1）組建設(shè)計隊伍）組建設(shè)計隊伍2）各成員要明確分工和相互）各成員要明確分工和相互的的 協(xié)調(diào)合作關(guān)系。協(xié)調(diào)合作關(guān)系。3）系統(tǒng)總體方案）系統(tǒng)總體方案4）方案論證與評審）方案論證與評審5）硬件和軟

4、件的分別細化設(shè)）硬件和軟件的分別細化設(shè)計計6）硬件和軟件的分別調(diào)試）硬件和軟件的分別調(diào)試7）系統(tǒng)組裝）系統(tǒng)組裝(是離線仿真和調(diào)是離線仿真和調(diào)試階段的前提和必要條件。試階段的前提和必要條件。)階段階段3.離線仿真和調(diào)試階段離線仿真和調(diào)試階段如圖如圖9-2所示所示圖圖9-2離線仿真和調(diào)試流程圖離線仿真和調(diào)試流程圖 離線仿真和調(diào)試是指在實驗室離線仿真和調(diào)試是指在實驗室而不是在工業(yè)現(xiàn)場進行的仿真而不是在工業(yè)現(xiàn)場進行的仿真和調(diào)試。在離線仿真和調(diào)試試和調(diào)試。在離線仿真和調(diào)試試驗后，還要進行拷機運行，其驗后，還要進行拷機運行，其目的是要在連續(xù)不斷的運行中目的是要在連續(xù)不斷的運行中暴露問題和解決問題。暴露問題

5、和解決問題。階段階段4.在線調(diào)試和運行階段在線調(diào)試和運行階段如圖如圖9-3所示所示圖圖9-3在線調(diào)試和運行流程在線調(diào)試和運行流程 在線調(diào)試和運行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)在線調(diào)試和運行就是將系統(tǒng)和生產(chǎn)過程聯(lián)接在一起，進行現(xiàn)場調(diào)試和運行。過程聯(lián)接在一起，進行現(xiàn)場調(diào)試和運行。 系統(tǒng)運行正常后，再試運行一段時系統(tǒng)運行正常后，再試運行一段時間，即可組織驗收。間，即可組織驗收。 驗收是系統(tǒng)項目最終完成的標(biāo)志，驗收是系統(tǒng)項目最終完成的標(biāo)志，應(yīng)由甲方主持乙方參加，雙方協(xié)同辦理。應(yīng)由甲方主持乙方參加，雙方協(xié)同辦理。 驗收完畢應(yīng)形成文件存檔。驗收完畢應(yīng)形成文件存檔。9.2 系統(tǒng)的工程設(shè)計和實現(xiàn)系統(tǒng)的工程設(shè)計和實現(xiàn)一：一：

6、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)總體方案設(shè)計1.硬件總體方案設(shè)計硬件總體方案設(shè)計方法：方法：“黑箱黑箱”設(shè)計法，即畫方塊圖的方法。用此方法做出設(shè)計法，即畫方塊圖的方法。用此方法做出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，只需明確各方塊之間的信號輸入輸出關(guān)系的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，只需明確各方塊之間的信號輸入輸出關(guān)系和功能要求，而不需知道和功能要求，而不需知道“黑箱黑箱”內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)。內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)。2.軟件總體方案設(shè)計軟件總體方案設(shè)計 畫出方框圖，確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、控制算畫出方框圖，確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、控制算法法。3.系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)總體方案設(shè)計 將上面的硬件、軟件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)總體方將上面的硬件、軟

7、件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)總體方案?？傮w方案論證可行后，要形成文件，建立總體方案文案。總體方案論證可行后，要形成文件，建立總體方案文檔。檔。二：二： 硬件的工程設(shè)計和實現(xiàn)硬件的工程設(shè)計和實現(xiàn)1.選擇系統(tǒng)總線和主機機型選擇系統(tǒng)總線和主機機型內(nèi)總線：常用有內(nèi)總線：常用有PC總線和總線和STD總線兩種，一般選總線兩種，一般選PC總線。總線。外總線：指計算機與計算機、計算機與智能儀表、智能外設(shè)之間的外總線：指計算機與計算機、計算機與智能儀表、智能外設(shè)之間的通信的總線。通信的總線。主機機型的選擇應(yīng)根據(jù)微型計算機在控制系統(tǒng)中所承擔(dān)的任務(wù)來確主機機型的選擇應(yīng)根據(jù)微型計算機在控制系統(tǒng)中所承擔(dān)的任務(wù)來確定。定。

8、2.選擇輸入輸出通道模板選擇輸入輸出通道模板1）數(shù)字量（開關(guān)量）輸入輸出（）數(shù)字量（開關(guān)量）輸入輸出（DI/DO）模板；并行接口模板分：）模板；并行接口模板分：TTL電平電平DI/DO模板；帶光電隔離的模板；帶光電隔離的DI/DO模板模板2）模擬量輸入輸出（）模擬量輸入輸出（AI/AO）模板。包括）模板。包括A/D、D/A板和信號調(diào)理電板和信號調(diào)理電路等。選擇路等。選擇AI/AO模板時必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)模板時必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。指標(biāo)。3、選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu)、選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu)變送器：將被測變量轉(zhuǎn)換為可遠傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號。變送器：將被測變量

9、轉(zhuǎn)換為可遠傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號。執(zhí)行機構(gòu)：電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥三種類型，另執(zhí)行機構(gòu)：電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、液動調(diào)節(jié)閥三種類型，另有有觸點開關(guān)、無觸點開關(guān)、電磁閥等。有有觸點開關(guān)、無觸點開關(guān)、電磁閥等。三：三： 軟件的工程設(shè)計和實現(xiàn)軟件的工程設(shè)計和實現(xiàn)1.劃分模塊劃分模塊 程序設(shè)計應(yīng)先模塊后整體。程序設(shè)計應(yīng)先模塊后整體。 劃分模塊時要注意四點：一是一個模塊不宜劃分得太長或劃分模塊時要注意四點：一是一個模塊不宜劃分得太長或太短；二是力求各模塊之間界線分明，邏輯上彼此獨立；三太短；二是力求各模塊之間界線分明，邏輯上彼此獨立；三是力圖使模塊具有通用性；四是簡單任務(wù)不必模塊化。是力圖使模

10、塊具有通用性；四是簡單任務(wù)不必模塊化。2.資源的分配資源的分配資源分配的主要工作是資源分配的主要工作是RAM的分配。的分配。3、實時控制軟件設(shè)計、實時控制軟件設(shè)計（1）數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)的采集：包括信號的采集、輸入變換、存儲。數(shù)據(jù)的采集：包括信號的采集、輸入變換、存儲。 數(shù)據(jù)處理：包括數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、線性化、越數(shù)據(jù)處理：包括數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、線性化、越 限報警等處理。限報警等處理。（2）控制算法程序控制算法程序 控制算法設(shè)計要根據(jù)具體的對象、控制性能指標(biāo)要求控制算法設(shè)計要根據(jù)具體的對象、控制性能指標(biāo)要求 以及所選擇的微型計算機對數(shù)據(jù)的處理能力來進行。以

11、及所選擇的微型計算機對數(shù)據(jù)的處理能力來進行。 （3）控制量輸出程序控制量輸出程序（4）實時時鐘和中斷處理程序?qū)崟r時鐘和中斷處理程序（5）數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序（6）數(shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序9.2.4 系統(tǒng)的調(diào)試與運行系統(tǒng)的調(diào)試與運行1.離線仿真和調(diào)試離線仿真和調(diào)試 （1）硬件調(diào)試）硬件調(diào)試 （2）軟件調(diào)試）軟件調(diào)試 順序：子程序、功能模塊、主程序。順序：子程序、功能模塊、主程序。 系統(tǒng)控制程序應(yīng)分為開環(huán)和閉環(huán)，開環(huán)調(diào)試是檢查系統(tǒng)控制程序應(yīng)分為開環(huán)和閉環(huán)，開環(huán)調(diào)試是檢查 它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的反饋控制功它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的反饋控制功 能。能。 整體調(diào)試：對模塊之間

12、連接關(guān)系的檢查。整體調(diào)試：對模塊之間連接關(guān)系的檢查。 （3）系統(tǒng)仿真）系統(tǒng)仿真2.在線仿真和調(diào)試在線仿真和調(diào)試 現(xiàn)場調(diào)試運行過程是從小到大、從易到難、從手動到現(xiàn)場調(diào)試運行過程是從小到大、從易到難、從手動到自動、從簡單到復(fù)雜逐步過渡。自動、從簡單到復(fù)雜逐步過渡。9.3 某新型建材廠全自動預(yù)加水控制系統(tǒng)設(shè)計某新型建材廠全自動預(yù)加水控制系統(tǒng)設(shè)計一：一： 工程概述工程概述圖圖9-4當(dāng)前采用的人工經(jīng)驗加水當(dāng)前采用的人工經(jīng)驗加水二二 系統(tǒng)總體方案設(shè)計系統(tǒng)總體方案設(shè)計1.確定系統(tǒng)的控制任務(wù)確定系統(tǒng)的控制任務(wù) 控制對象：來料以及原料的含水率的測量。主要任務(wù)要求： （1）來料參數(shù)的測量 （2）來料以及原料含水率

13、的智能控制 （3）實時數(shù)據(jù)的人機界面顯示 （4）通過觸摸屏完成人機對話，實現(xiàn)過程的可視化及操 作人員的過程控制等 2.確定系統(tǒng)的總體控制方案確定系統(tǒng)的總體控制方案(系統(tǒng)的整體框如下圖)圖圖9-5系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖三三 硬件設(shè)計硬件設(shè)計1.智能控制單元智能控制單元PLC 本系統(tǒng)采用西門子本系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC作為智能控制單元。作為智能控制單元。 2.水分測量儀水分測量儀CCD 本項目的測量要求和使用條件確定選擇數(shù)字本項目的測量要求和使用條件確定選擇數(shù)字CCD攝像頭。攝像頭。3.傳輸總線傳輸總線 選取選取485總線作為傳感器和總線作為傳感器和PLC控制單元以及觸摸屏之控制單元以及

14、觸摸屏之間的傳輸總線。間的傳輸總線。4.觸摸屏、電磁閥觸摸屏、電磁閥 觸摸屏選用步科觸摸屏選用步科MT4522T10.1寸寸TFT觸摸屏。電磁閥采觸摸屏。電磁閥采用用DN40電動蝶閥，電動蝶閥，4-20mA控制。控制。系統(tǒng)的硬件框圖系統(tǒng)的硬件框圖如圖如圖9-6所示：所示：四四 軟件設(shè)計軟件設(shè)計 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為本系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為兩部分：兩部分：PLC的軟件編的軟件編程和觸摸屏的界面設(shè)計。程和觸摸屏的界面設(shè)計。1.PLC的軟件編程的軟件編程 系統(tǒng)的軟件流程圖如系統(tǒng)的軟件流程圖如圖圖9-7所示所示 圖圖9-7軟件流程圖軟件流程圖(1) PID控制算法的控制算法的PLC實現(xiàn)實現(xiàn) 自動加水控制系

15、統(tǒng)數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)參數(shù)的確定采用目自動加水控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型傳遞函數(shù)參數(shù)的確定采用目前工程上常用的方法，即前工程上常用的方法，即對過程對象施加階躍輸入信號，對過程對象施加階躍輸入信號，測取過程對象的階躍響應(yīng)，然后由階躍響應(yīng)曲線根據(jù)科恩測取過程對象的階躍響應(yīng)，然后由階躍響應(yīng)曲線根據(jù)科恩-庫恩庫恩(Colin-Coon)公式確定近似傳遞函數(shù)。公式確定近似傳遞函數(shù)。Cohn-Coon公公式如公式式如公式9.1所示所示:0.6320.280.280.6321.5()11.5()3CKaTtttt 公式公式9.1為系統(tǒng)階躍輸入；為系統(tǒng)階躍輸入；為系統(tǒng)的輸出響應(yīng)；為系統(tǒng)的輸出響應(yīng)； t0.28是對是對C象飛

16、升曲線為象飛升曲線為0.28時的時間；時的時間； t0.632是對象飛升曲線為是對象飛升曲線為0.632時的時間。時的時間。CC（2）模糊控制算法的）模糊控制算法的PLC實現(xiàn)實現(xiàn)圖為模糊控制策略程序設(shè)圖為模糊控制策略程序設(shè)計的流程圖計的流程圖 2.觸摸屏軟件設(shè)計觸摸屏軟件設(shè)計通過觸摸屏的軟件編通過觸摸屏的軟件編程界面，實現(xiàn)對人機程界面，實現(xiàn)對人機交互界面的設(shè)計。本交互界面的設(shè)計。本系統(tǒng)中采用系統(tǒng)中采用INTOUCH組態(tài)軟件，組態(tài)軟件，設(shè)計和開發(fā)了觸摸屏設(shè)計和開發(fā)了觸摸屏的用戶界面。觸摸屏的用戶界面。觸摸屏操作臺如圖操作臺如圖9-9所示。所示。圖圖9-9觸摸屏操作界面觸摸屏操作界面五五 運行調(diào)試

17、運行調(diào)試n本系統(tǒng)已在兗州煤業(yè)股份有限公司宏力新型建材廠空心磚燒結(jié)生產(chǎn)線上運行，運行結(jié)果表明，該自動加水系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)測量裝置測得的來料量以及原料含水率，通過內(nèi)置的模糊-PID控制算法進行運算，從而給出指令驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)完成含水率調(diào)節(jié)的功能。降低了工人勞動強度，改善了操作人員作業(yè)環(huán)境，縮短了磚坯烘干時間，保證了烘干后磚坯的干燥程度和行火速度，從而提高了成品磚質(zhì)量、產(chǎn)量，降低了設(shè)備故障率，減少了因設(shè)備故障而導(dǎo)致的停工停產(chǎn)造成的巨大損失。9.4 基于單片機的智能車模型設(shè)計基于單片機的智能車模型設(shè)計一一 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案系統(tǒng)的總體設(shè)計方案1）系統(tǒng)的基本工作原理）系統(tǒng)的基本工作原理 智能車的基本工作原

18、理為：智能車的基本工作原理為：CCD圖像傳感器拍攝賽道圖像并以圖像傳感器拍攝賽道圖像并以PAL制式信號輸出到信號處理模塊進行二值化處理并進行視頻同步信制式信號輸出到信號處理模塊進行二值化處理并進行視頻同步信號分離，二值化后的數(shù)據(jù)和視頻同步信號同時輸入到號分離，二值化后的數(shù)據(jù)和視頻同步信號同時輸入到MC9S12X128 控控制核心，進行進一步處理以獲得圖像信息；通過光電編碼器來檢測車制核心，進行進一步處理以獲得圖像信息；通過光電編碼器來檢測車速，通過外接兩個計數(shù)器計數(shù)進而計算速度以實現(xiàn)差速；舵機轉(zhuǎn)向采速，通過外接兩個計數(shù)器計數(shù)進而計算速度以實現(xiàn)差速；舵機轉(zhuǎn)向采用用PD 控制算法；電機轉(zhuǎn)速控制采用

19、控制算法；電機轉(zhuǎn)速控制采用 PID 控制算法，并通過控制算法，并通過 PWM脈脈沖控制驅(qū)動電路；通過綜合控制，使智能車能夠自主尋跡。沖控制驅(qū)動電路；通過綜合控制，使智能車能夠自主尋跡。2）系統(tǒng)設(shè)計框架）系統(tǒng)設(shè)計框架智能車系統(tǒng)主要包括以下模塊：智能車系統(tǒng)主要包括以下模塊：MC9S12XS128 單片機模塊、單片機模塊、CCD 圖像采集模塊、轉(zhuǎn)向舵機模塊、驅(qū)動電機模塊和速度檢測模塊。圖像采集模塊、轉(zhuǎn)向舵機模塊、驅(qū)動電機模塊和速度檢測模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖9-10所示：所示：圖圖9-10系統(tǒng)整體架構(gòu)系統(tǒng)整體架構(gòu)二二 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 硬件電路主要包括：電源模塊、路徑識別模塊、電機驅(qū)硬

20、件電路主要包括：電源模塊、路徑識別模塊、電機驅(qū)動模塊、舵機轉(zhuǎn)向模塊、速度檢測模塊。以下我們將分別動模塊、舵機轉(zhuǎn)向模塊、速度檢測模塊。以下我們將分別介紹各個模塊。介紹各個模塊。（1）單片機最小系統(tǒng)板）單片機最小系統(tǒng)板 單片機最小系統(tǒng)部分使用單片機最小系統(tǒng)部分使用MC9S12XS128 單片機，單片機，112 引腳封裝，為減少電路板空間，板上僅將本系統(tǒng)所用到引引腳封裝，為減少電路板空間，板上僅將本系統(tǒng)所用到引腳引出，包括腳引出，包括PWM 接口，定時器接口，外部中斷接口，接口，定時器接口，外部中斷接口，若干預(yù)留普通若干預(yù)留普通IO 接口。其他部分還包括電源濾波電路、時接口。其他部分還包括電源濾波電

21、路、時鐘振蕩電路、復(fù)位電路、鐘振蕩電路、復(fù)位電路、BDM 接口。接口。（2）電源管理模塊）電源管理模塊 全部硬件電路的電源用全部硬件電路的電源用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄電池提供。蓄電池提供。由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量由于電路中的不同電路模塊所需要的工作電壓和電流容量各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個穩(wěn)壓電路，將充電各不相同，因此電源模塊應(yīng)該包含多個穩(wěn)壓電路，將充電電池電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所需要的電壓。電池電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所需要的電壓。a）降壓穩(wěn)壓電路的設(shè)計）降壓穩(wěn)壓電路的設(shè)計 我們采用的降壓穩(wěn)壓芯片是我們采用的降壓穩(wěn)壓芯片是LM2940、LM2596-5.

22、0、lM2596-ADJ。其電路如下圖所示。其電路如下圖所示。 降壓穩(wěn)壓電路降壓穩(wěn)壓電路 b）升壓穩(wěn)壓電路）升壓穩(wěn)壓電路 本設(shè)計中采用本設(shè)計中采用B0512LS-1W作為升壓穩(wěn)壓芯片，該芯片外作為升壓穩(wěn)壓芯片，該芯片外圍電路簡單且性能穩(wěn)定，完全能夠滿足本設(shè)計中圍電路簡單且性能穩(wěn)定，完全能夠滿足本設(shè)計中5到到12V升壓升壓的要求。的要求。（3）路徑識別模塊）路徑識別模塊a）傳感器的選擇）傳感器的選擇 攝像頭的選?。褐饕蠧MOS 和CCD 兩種：CMOS 攝像頭體積小，耗電量小，圖像穩(wěn)定性較高，但成像質(zhì)量差，分辨率較低，噪聲較多。CCD 攝像頭具有對比度高、動態(tài)特性好的優(yōu)點，但需要工作在12V電

23、壓下，因此，經(jīng)過實驗論證之后本系統(tǒng)中采用CCD攝像頭。b）視頻同步分離電路）視頻同步分離電路我們使用LM1881N 芯片對黑白全電視信號進行視頻同步分離，得到行同步、場同步信號。視頻同步分離電路原理圖9-12所示：圖9-12視頻同步分離電路原理圖c)車速檢測模塊車速檢測模塊 要使車能夠快速穩(wěn)定的運行，并且能很好的實現(xiàn)加速和要使車能夠快速穩(wěn)定的運行，并且能很好的實現(xiàn)加速和減速，速度控制就是很重要的，本方案采用光電編碼器作減速，速度控制就是很重要的，本方案采用光電編碼器作為系統(tǒng)的速度傳感器。為系統(tǒng)的速度傳感器。圖圖9-13 TLC5510的外圍電路設(shè)計的外圍電路設(shè)計d）高速）高速AD模塊模塊 該設(shè)

24、計中采用位高速該設(shè)計中采用位高速A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器TLC5510進行高速進行高速AD模塊的搭建。模塊的搭建。TLC5510外圍電路設(shè)計如圖外圍電路設(shè)計如圖9-13所示。所示。e）電機驅(qū)動模塊）電機驅(qū)動模塊 本設(shè)計中采用本設(shè)計中采用H橋驅(qū)動芯片橋驅(qū)動芯片33883和和IRF540N來搭建來搭建H橋橋驅(qū)動電路。驅(qū)動電路。MC33886接線圖如圖接線圖如圖9-14所示。所示。圖9-14 MC33886接線圖控制系統(tǒng)的框圖控制系統(tǒng)的框圖如圖如圖 ：三三 軟件設(shè)計軟件設(shè)計1. 系統(tǒng)初始化程序系統(tǒng)初始化程序?qū)τ趯τ贛C9S12XS128單片機來說，初始化的部分主要有以下幾單片機來說，初始化的部分主要有以下

25、幾部分：部分：PLL初始化，初始化，PWM模塊初始化，模塊初始化，ECT模塊初始化，模塊初始化，I/O口初始化，口初始化，A/D初始化。下面我就分別介紹一下各個模塊的初初始化。下面我就分別介紹一下各個模塊的初始化程序。始化程序。1）PLL初始化初始化 S12的總線時鐘是整個的總線時鐘是整個MCU系統(tǒng)的定時基準(zhǔn)和工作同步脈沖，系統(tǒng)的定時基準(zhǔn)和工作同步脈沖，其頻率固定為晶體頻率的其頻率固定為晶體頻率的1/2。對于。對于S12，可以利用時鐘合成寄，可以利用時鐘合成寄存器存器SYNR、時鐘分頻寄存器、時鐘分頻寄存器REFDV來改變晶振頻率來改變晶振頻率fOSCCLK，可以選用，可以選用8MHz或或16

26、MHz外部晶體振蕩器作外時鐘。外部晶體振蕩器作外時鐘。設(shè)計中將設(shè)計中將SYNR設(shè)為設(shè)為4，REFDV設(shè)為設(shè)為1，因此，總線時鐘為，因此，總線時鐘為40MHz，CPU工作頻率工作頻率80MHz。初始化程序如下：初始化程序如下：void PLL_init(void) /設(shè)定總線時鐘40MHz DisableInterrupts; CLKSEL=0X00; PLLCTL_PLLON=1; SYNR=4; REFDV=1; while(!(CRGFLG_LOCK=1); CLKSEL_PLLSEL=1; 2）PWM初始化初始化 通過寄存器PWME來控制PWM0PWM7的啟動或關(guān)閉。為了提高精度，我們將

27、PWM0和PWM1，構(gòu)成16位的PWM通道。 級聯(lián)時，2個通道的常數(shù)寄存器和計數(shù)器均連接成16位的寄存器，3個16位通道的輸出分別使用通道7、3、1的輸出引腳，時鐘源分別由通道7、3、1的時鐘選擇控制位決定。級聯(lián)時，通道7、3、1的引腳變成PWM輸出引腳，通道6、2、0的時鐘選擇沒有意義。通過寄存器PWMPRCLK、PWMSCLA、PWMSCLB、PWMCLK對各通道的時鐘源進行設(shè)置。PWM模塊的初始化設(shè)置過程如下所示：模塊的初始化設(shè)置過程如下所示：void PWM_Init(void) PWME = 0 x00; PWMCTL = 0 x50; PWMCLK = 0 x00; /時鐘選擇寄存

28、器 PWMCLK_PCLK1 = 1; /1選SA時鐘 PWMCLK_PCLK2 =1; /2選sB時鐘 PWMCLK_PCLK3 =1; /3選sBPWMCLK_PCLK5 = 0; /5選A時鐘 PWMCLK_PCLK6 =1; /6選sB時鐘 PWMCLK_PCLK7 = 1; /7選sB時鐘 PWMPRCLK = 0 x10; /預(yù)分頻寄存器B2分頻 PWMSCLA = 12; PWMSCLB = 15; PWMPOL_PPOL1 = 1; /極性選擇寄存器 PWMPOL_PPOL3 = 1; PWMPOL_PPOL5 = 1; PWMPOL_PPOL7 = 1; PWMCAE = 0

29、 x00; PWMPER01 = 20000; /舵機需要50hz周期20ms的基波 PWMPER2 = 200; /右電機2kh PWMPER3 = 200; PWMPER45 =2 ; /作為ad轉(zhuǎn)化的時鐘12M PWMPER6 = 200; /左電機2khz PWMPER7= 200; PWMDTY01 = 1200; /舵機初始化方向為正方向 1.5ms的高 電平 PWMDTY2 = 0; PWMDTY3 = 100; PWMDTY45 = 1; /A/D轉(zhuǎn)換輸出方波 PWMDTY6 = 100; / 與23共同控制左右電機占空比都50% PWMDTY7 = 100; PWME = 0

30、 xff; /打開PWM各通道輸出 3）ECT模塊初始化模塊初始化 S12的ECT具有8個輸入（IC）/輸出(OC)比較通道，可以通過設(shè)置TIOS寄存器選擇輸入或輸出比較功能。ECT既可以作為一個時基定時產(chǎn)生中斷，也可以用來產(chǎn)生控制信號。定時器初始化程序如下：void ECT_Init(void) PACTL=0X50;/PT7 PIN, 16BIT,NOT INTERRUPT TCTL3=0 x52;/通道6、7僅捕捉上升沿用于測速 TCTL4=0 x10; TIE =0 x54; TIOS =0 x00;/每一位對應(yīng)通道的: 0輸入捕捉,1輸出比較 TSCR1=0 x80;/ 4）PIT模

31、塊初始化模塊初始化void PIT_init (void) /周期中斷初始化函數(shù) 周期20ms中斷設(shè)置 PITCFLMT_PITE=0; /定時中斷通道1關(guān) PITCE_PCE0=1; /定時器通道使能選擇：通道0、1、2、 3PITMUX_PMUX0 = 0; PITMTLD0=20-1; PITLD0=40000 - 1; PITINTE_PINTE0=1; PITCFLMT_PITE=1; 5）A/D初始化初始化 高速A/D模塊工作時，CPU向該模塊發(fā)出啟動命令，然后進行采樣，A/D轉(zhuǎn)換，最后將結(jié)果保存到相應(yīng)的寄存器。 A/D初始化不是在主程序中完成的，而是在每次采集視頻信息之前完成的。

32、所以，A/D的初始化不同前面的初始化部分，它需要在每個控制周期都初始化一次 A/D初始化程序如下：void AD15_Init(void) ATD0CTL0 = 0 x00; ATD0CTL1 = 0 x00; /8位轉(zhuǎn)換 ATD0CTL2 = 0 x40; ATD0CTL3 = 0 x88; /1000_1000 轉(zhuǎn)換長度為一 ATD0CTL4 = 0 x19; ATD0CTL5 = 0 x0f; /第15通道轉(zhuǎn)換 ATD0DIEN = 0 x00; 2. 驅(qū)動電機的驅(qū)動電機的PID控制算法控制算法圖9-16 PID控制算法原理圖 電機控制主要要求提高電機的響應(yīng)速度和調(diào)速準(zhǔn)確性，電機控制主要

33、要求提高電機的響應(yīng)速度和調(diào)速準(zhǔn)確性，故選用故選用PID 參數(shù)時選取較大的參數(shù)時選取較大的P 參數(shù)，而積分參數(shù)參數(shù)，而積分參數(shù)I 對對車速控制有慣性，影響反應(yīng)速度，而積分參數(shù)車速控制有慣性，影響反應(yīng)速度，而積分參數(shù)I 過大會過大會使速度波動增加，影響車輛的穩(wěn)定運行，所以選擇了非使速度波動增加，影響車輛的穩(wěn)定運行，所以選擇了非常小的積分參數(shù)。常小的積分參數(shù)。 3. 舵機的舵機的PID控制算法控制算法n設(shè)計中舵機的控制采用了增量式設(shè)計中舵機的控制采用了增量式PID算法，根據(jù)測試，將圖象算法，根據(jù)測試，將圖象經(jīng)過算法處理后得到的黑線位置和對應(yīng)的舵機經(jīng)過算法處理后得到的黑線位置和對應(yīng)的舵機PID參照角度

34、處參照角度處理成一次線性關(guān)系。理成一次線性關(guān)系。n選擇的選擇的PID調(diào)節(jié)策略是：將積分項系數(shù)置零，此時相比穩(wěn)定性調(diào)節(jié)策略是：將積分項系數(shù)置零，此時相比穩(wěn)定性和精確性，舵機在這種動態(tài)隨動系統(tǒng)中對動態(tài)響應(yīng)性能要求更和精確性，舵機在這種動態(tài)隨動系統(tǒng)中對動態(tài)響應(yīng)性能要求更高。更重要的是，在高。更重要的是，在Ki置零的情況下，通過合理調(diào)節(jié)置零的情況下，通過合理調(diào)節(jié)Kp參數(shù)，參數(shù)，發(fā)現(xiàn)車能在直線高速行駛時仍能保持車身非常穩(wěn)定，沒有震蕩，發(fā)現(xiàn)車能在直線高速行駛時仍能保持車身非常穩(wěn)定，沒有震蕩，基本沒有必要使用基本沒有必要使用Ki參數(shù)；微分項系數(shù)參數(shù)；微分項系數(shù)Kd則使用定值，原因是則使用定值，原因是舵機在一

35、般賽道中都需要好的動態(tài)響應(yīng)能力；通過選擇測試一舵機在一般賽道中都需要好的動態(tài)響應(yīng)能力；通過選擇測試一些些PID參數(shù)，從而得到較為理想的轉(zhuǎn)向控制效果。參數(shù)，從而得到較為理想的轉(zhuǎn)向控制效果。四四 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試兩部分。系統(tǒng)調(diào)試分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試兩部分。 1, 硬件調(diào)試：硬件調(diào)試：首先是對硬件電路的電源部分、傳感器部分以及驅(qū)首先是對硬件電路的電源部分、傳感器部分以及驅(qū)動部分進行調(diào)試，再接著就是檢驗電機的驅(qū)動，以及編碼器動部分進行調(diào)試，再接著就是檢驗電機的驅(qū)動，以及編碼器的工作是否正常，最后對整體進行調(diào)試。的工作是否正常，最后對整體進行調(diào)試。 2，軟件調(diào)試：，軟件調(diào)

36、試：在軟件設(shè)計中，根據(jù)之前的各模塊的規(guī)劃進行初始在軟件設(shè)計中，根據(jù)之前的各模塊的規(guī)劃進行初始化設(shè)置，在編寫程序前，要先對各個模塊分別進行調(diào)試，并化設(shè)置，在編寫程序前，要先對各個模塊分別進行調(diào)試，并編寫各部分的子程序。在每一部分程序調(diào)試通過后，對所有編寫各部分的子程序。在每一部分程序調(diào)試通過后，對所有子程序進行整合，編寫出完整的主程序，在子程序進行整合，編寫出完整的主程序，在CodeWarrior 界界面完成程序編譯后，通過面完成程序編譯后，通過BDM工具，將程序下載到工具，將程序下載到MC9S12XS128微處理器中，然后進行小車的調(diào)試。微處理器中，然后進行小車的調(diào)試。 3，調(diào)試結(jié)果，調(diào)試結(jié)果

37、9.5 基于基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器的離網(wǎng)型智能光伏逆變器一：工程概述一：工程概述 本設(shè)計研制的基于本設(shè)計研制的基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器的離網(wǎng)型智能光伏逆變器廣泛用于離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。它采廣泛用于離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。它采用用Boost升壓電路，將直流輸入電壓升壓電路，將直流輸入電壓48V升壓，再通過升壓，再通過IPM模塊實現(xiàn)全橋逆變，輸出模塊實現(xiàn)全橋逆變，輸出220V/50Hz的交流電。采用的交流電。采用TI公司的高速公司的高速DSP TMS320F2812作為主控芯片，實現(xiàn)數(shù)作為主控芯片，實現(xiàn)數(shù)字控制。通過字控制。通過CA

38、N現(xiàn)場總線或現(xiàn)場總線或RS485與上位機進行網(wǎng)絡(luò)通與上位機進行網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)真正的智能化信，實現(xiàn)真正的智能化 二：系統(tǒng)總體方案設(shè)計二：系統(tǒng)總體方案設(shè)計 下圖為逆變器原理框圖下圖為逆變器原理框圖 ： n1）采用）采用DSP 2812作為主控芯片，輸出電壓精度高、輸出既可以作為主控芯片，輸出電壓精度高、輸出既可以是交流正弦波或也可以是方波，且具有三種工作模式：是交流正弦波或也可以是方波，且具有三種工作模式： 正常工正常工作模式，作模式， 管理員模式，管理員模式， 睡眠模式。這些功能可以滿足各種用睡眠模式。這些功能可以滿足各種用電設(shè)備的要求。電設(shè)備的要求。n2）采用）采用Boost電路升壓電路升壓+

39、全橋逆變的方式。由于沒有變壓器的存全橋逆變的方式。由于沒有變壓器的存在，大大降低了逆變器的體積和重量，外形美觀、體積小。在，大大降低了逆變器的體積和重量，外形美觀、體積小。n3）通過）通過CAN現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線和/或或RS485與上位機網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)智能與上位機網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)智能監(jiān)控。監(jiān)控。n本逆變器主要由一次回路（又稱主回路）和二次回路（控制回路）本逆變器主要由一次回路（又稱主回路）和二次回路（控制回路）組成。一次回路包括組成。一次回路包括Boost升壓電路和全橋逆變電路，以及輸入升壓電路和全橋逆變電路，以及輸入濾波電路、輸出濾波電路。二次回路包括濾波電路、輸出濾波電路。二次回路包括3塊功

40、能板：主控板、塊功能板：主控板、信號采樣與處理板和人機交互板。信號采樣與處理板和人機交互板。1. 主回路電路主回路電路 主電路起著傳輸電能的作用，它采用續(xù)流電感、主電路起著傳輸電能的作用，它采用續(xù)流電感、IGBT、快、快恢復(fù)二極管等構(gòu)成恢復(fù)二極管等構(gòu)成Boost電路，將較低的直流電壓升至幅值電路，將較低的直流電壓升至幅值較高的穩(wěn)定電壓；采用功率模塊較高的穩(wěn)定電壓；采用功率模塊IPM實現(xiàn)全橋逆變。實現(xiàn)全橋逆變。本產(chǎn)品采用本產(chǎn)品采用Boost電路升壓的方式，無需變壓器，因而可大電路升壓的方式，無需變壓器，因而可大大降低了逆變器的體積和重量；大降低了逆變器的體積和重量； 三：硬件設(shè)計三：硬件設(shè)計 1

41、23456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:1-Jun-2010 Sheet of File:F:畢 業(yè) 設(shè) 計 資 料 PROTEL 原 理 圖 最 新 .5.17Invertor2.0.DdbDrawn By:T1AVDD1523865U1HCPL4504SIGNDT1GNDR1R2213IGBTR5R6NPNPNPR7R8C1C2L1D1C3R3R4UIN+UIN-UIT2PWMIPM +IPM -UB圖9-19 Boost升壓電路圖2. 控制回路電路控制回路電路n主控電路采用快速高效的主控電路采用快速高效的DSP芯片芯片TMS320F

42、2812、外擴存儲器、外擴存儲器RAM芯片芯片IS61LV51216等，并設(shè)有編程接口，可以通過該接口在等，并設(shè)有編程接口，可以通過該接口在出廠后方便地進行系統(tǒng)程序的更新。出廠后方便地進行系統(tǒng)程序的更新。DSP主控電路圖如圖所示主控電路圖如圖所示:123456ABCD654321DCBAT itleNum berR evisionSizeCDate:19-Apr-2010Sheet of File:F:畢 業(yè) 設(shè) 計 資 料 PR OT E L 原 理 圖 最 新 Invertor2.0.DdbDrawn B y:VDDAIO1ADC INB 02ADC INB 13ADC INB 24ADC

43、 INB 35ADC INB 46ADC INB 57ADC INB 68ADC INB 79ADC R E FM10ADC R E FP11AVSSR E FB G12AVDDR E FB G13VDDA114VSSA115ADC R E SE XT16XM P/M C17XA018VSS119M DR A20XD021M DXA22VDD123XD124M C L KR A25M FSXA26XD227M C L KXA28M FSR A29XD330VDDIO131VSS232XD433SPIC L KA34SPIST E A35XD536VDD237VSS338XD639SPISIM

44、OA40SPISOM IA41XR D42XA143XZ C S0AND144PWM745PWM846PWM947PWM1048PWM1149PWM1250XR/W51VSS452T3PWM/CMP53XD754T4PWM/CMP55VDD356CAP4/QEP357VSS558CAP5/QEP459CAP6/QEP1260C4TRIP61C5TRIP62C6TRIP63VDDIO264XD865TEST266TEST167XD968VDD3VFL69VSS70TDIRB71TCLKINB72XD1073XD1174VDD475X276X177VSS778T3CTRIP79XA280VDDIO

45、381XHOLDA82T4CTRIP83XWE84XA385VSS886CANTXA87XZCS288C ANR XA89SC IT XDB90SC IT R DB91PW M 192PW M 293PW M 394PW M 495XD1296XD1397PW M 598VSS999VDD5100PW M 6101T 1PW M /C M P102XA4103T 2PW M /C AP104VSS10105C AP1/QE P1106C AP2/QE P2107XA5108C AP3/QE P11109T 1C T R IP110XA6111VDD6112VSS11113VDDIO4114T

46、2C T R IP115T DIR A116T C L KINA117XA7118XC L KOUT119VSS12120XA8121C 1T R IP122C 2T R IP123C 3T R IP124XA9125T M S126T DO127VDD7128VSS13129XA10130T DI131XA11132XZCS6AND7133TESTSEL134TCK136EMU0137XA12138XD14139XF/XPLLDIS140TRST135XA13141VSS14142VDD8143XA14144VDDIO5145EMU1146XD15147XA15148XINT1/XBIO14

47、9XNMI/XINT13150XINT2/ADCSOC151XA16152VSS15153VDD9154SCITXDA155XA17156SCIRXA157XA18158XHOLD159XRS160XREADY161VDD10162VSS16163ADCBGREFIN164VSSA2165VDDA2166ADCINA7167ADCINA6168ADCINA5169ADCINA4170ADCINA3171ADCINA2172ADCINA1173ADCINA0174ADCLO175VSSAIO176U18TMS320F2812UIINUBINUOINIOINGPIOB6GPIOB7DGNDC AP

48、5INC PUC AP6INC PUKE Y2KE Y3KE Y4KE Y5L E D0KEY0KEY1SCIRXASCITXASC IR XBSC IT XBC ANR XCANTXAAVDD3.3C 80C 81R 1AAGNDAAVDD3.3AAGNDDGNDDVDD1.9DVDD3.3DGNDDGNDDVDD1.8DVDD1.9DGNDDGNDDVDD3.3DVDD3.3DGNDDVDD1.9DVDD3.3DGNDY2C 84C 85DGNDDGNDDGNDDVDD1.8T DIT DOT M SDGNDDGNDDGNDDVDD1.8DVDD1.8DVDD3.3CS6/CS7DGNDn

49、TRSTTCKEMU0EMU1DVDD3.3DVDD1.8DGNDSYSDGNDDVDD1.8AAVDD3.3AAGNDDGNDDVDD1.8nRSTCPUR 2DVDD3.3AAGNDR OW KE Y1NC1NC21GND31E N41IN51IN6NC7NC82GND92E N102IN112IN12NC13NC14NC15NC162OUT172OUT18NC19NCNC212R E SE T221OUT231OUT241FB /NC25NC26NC271R E SE T28U11T PS767D318C 83DVDD5DVDD1.8DVDD3.3AAVDD3.3L 16L 12D15D

50、14D16L 14GNDC 82nR ST C PUD2L 13L 15XA1XD6XD5XD4XD3XD2XD1XD0XA0XA18XA16XA15XD15XA14XA13XA12XD12XD13XA4XA5XA6XA7XA8XA9XA10XA11A01A12A23A34A45/C E6D07D18D29D310VDD11GND12D413D514D615D716/W E17A518A619A720A821A922A1023A1124A1225A1326A1427A1828D829D930D1031D1132VDD33GND34D1235D1336D1437D1538/L B39/UB40/

51、OE41A1542A1643A1744U6IS61L V51216ALXA0XA1XA2XA3XA4XA5XA6XA7XA8XA9XA10XA11XA12XA13XA14XA15XA16XA17XA18XD0XD1XD2XD3XD4XD5XD6XD7XD8XD9XD10XD11XD12XD13XD14XD15C S6/C S7W ER D1234567891011121314JP1HE ADE R 7X2DGNDnT R STE M U0E M U1T M ST DIT DOT C KDVDD3.3DVDD3.3DGNDXD7XD8XD9XD10XD11XA2XA3X1X2X1X2XA17L

52、E D3L E D4L E D1L E D2GPIOB0GPIOB1GPIOB2PW M 1PW M 2GPIOA2GPIOA3GPIOA4GPIOA5GPIOA6T 2PW MXD14R 2R 3DVDD3.3通信總線采用通信總線采用CAN總線和總線和485總線的設(shè)計。通訊電路原理圖如圖總線的設(shè)計。通訊電路原理圖如圖9-20所示所示:1234ABCD4321DCBAT itleN um berR evisionSizeAD ate:19-A pr-2010Sheet of File:F:畢 業(yè) 設(shè) 計 資 料 PR O T E L 原 理 圖 最 新 Invertor2.0.D dbD ra

53、w n B y:V dd11G N D 12V ia3V ib4V oc5V od6R C out7G N D 18G N D iso9V sel10V id11V ic12V ob13V oa14G N D iso15V iso16U 4A D U M 5402D1G N D2V C C3R4V ref5C A N L6C A N H7R s8U 5SN 65H V D 231DR1R E2D E3D4G N D5A6B7V C C8U 8SN 75L B C 184DD G N DD G N DD V D D 3.3SC IT X BSC IR X BC A N T XC A N R XI

54、SO DISO GISO GISO C A N R XISO SC IT XISO C A N T XISO SC IR XISO SC IT XISO SC IR XnISO SC IT XISO DC 7ISO GISO DISO GC 2R 2ISO C A N T XISO C A N R XISO G1A1G22A32Y4V51Y6U 774L V C 2G 14nISO SC IT XISO SC IT XISO GISO DC A N HC A N LR S485HR S485LR 1R 51234ABCD4321DCBATitleNum berR evisionSizeADat

55、e:19-Apr-2010Sheet of File:F:畢 業(yè) 設(shè) 計 資 料 PR OTEL 原 理 圖 最 新 Invertor2.0.DdbDrawn B y:Vdd11GND12Via3Vib4Voc5Vod6R C out7GND18GNDiso9Vsel10Vid11Vic12Vob13Voa14GNDiso15Viso16U4ADUM 5402D1GND2VC C3R4Vref5C ANL6C ANH7R s8U5SN65HVD231DR1R E2DE3D4GND5A6B7VC C8U8SN75LB C 184DDGNDDGNDDVDD3.3SC ITXBSC IR XBC ANTXC ANR XISODISOGISOGIS