機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文--插秧機(jī)導(dǎo)航控制單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文-插秧機(jī)導(dǎo)航控制單元系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 農(nóng)業(yè)機(jī)械化,使機(jī)械裝置代替了人的勞動,把人從繁重的體力勞動中解脫出來,極大的推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì),信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展,將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶入了自動化發(fā)展時(shí)代。 本文介紹的是用一臺25W的直流電動機(jī),16F873A單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。目的在于通過單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速單元,實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)自動導(dǎo)航功能的操作。同時(shí)輔助同組同學(xué)設(shè)計(jì)了微電機(jī)控制電路,實(shí)現(xiàn)其對編碼器轉(zhuǎn)角的測量。本控制單元通過PWM模式的編程及調(diào)試,最后通過實(shí)驗(yàn)測得最佳的輸出電壓,確定其速度,保證自動導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。

2、關(guān)鍵詞: 單片機(jī) 自動導(dǎo)航 電機(jī)控制 PWM模式ABSTRACT Mechanization of farming makes the mechanical equipments instead of the labor and frees the human beings out of the heavy work, which improve the blooming of the agriculture production. Stepping into the 21st century, the developments of information technology, the s

3、ensor technology, control technology, network technology bring the agriculture production into the Age of automatic development This article introduces the continuous current electromotor with 25w and the digital speed control system made up by 16F873A SCM. The purpose of this machine is making the

4、operating of Automatic navigation in transplanter come true. And after combining with the auxiliary control circuit designed by the group mate, the measure from the electromotor to the angle of encoder can be realized. This control unit via the programming and debugging of the mode of PWM and ensure

5、s the speed by examine the best output voltage it can be done after many experiments, so that we can guarantee the stability working of automatic navigation system.key words: SCM, automatic navigation,the control of electromotor ,the mode of PWM目 錄 摘 要2 ABSTRACT3 第一章 引言51.1選題背景51.1.1農(nóng)業(yè)背景51.1.2 農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)

6、航研究現(xiàn)狀61.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)和意義131.2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)131.2.2 設(shè)計(jì)意義131.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容13 第二章 插秧機(jī)導(dǎo)航控制單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)142.1 框圖142.2 程序步驟及實(shí)現(xiàn)142.2 程序步驟及實(shí)現(xiàn)152.2.1 中斷程序152.2.2 初始化程序162.2.3 循環(huán)程序172.2.4 子程序18 第三章 測控單元硬件電路及軟件設(shè)計(jì)213.1 主電路213.2直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制模塊223.2.1 實(shí)驗(yàn)方案223.2.2 所用芯片及其模塊概述223.3 油門剎車控制323.4 微電機(jī)控制333.4.1 控制電機(jī)電路圖333.4.2 各部件參數(shù)333.4.3 控制程序35 第四章 實(shí) 驗(yàn)

7、364.1 實(shí)驗(yàn)原理364.2 實(shí)驗(yàn)程序37 結(jié)束語39 參考文獻(xiàn)40 致 謝44 附 錄45附錄一:實(shí)驗(yàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況45附錄二:實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理50第一章 引言1.1選題背景 1.1.1農(nóng)業(yè)背景 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是人類社會存在和發(fā)展的基礎(chǔ),為了不斷提高生產(chǎn)效率,改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,人類從誕生之日起,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的研究就從來沒有停止過。農(nóng)業(yè)機(jī)械化,使機(jī)械裝置代替了人的勞動,把人從繁重的體力勞動中解脫出來,極大的推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì),信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展,將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶入了自動化發(fā)展時(shí)代 1。 農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、智能化的一項(xiàng)重要內(nèi)容,逐漸受到

8、人們的重視。早在上世紀(jì)20年代,就出現(xiàn)一種能夠沿著犁溝自動行駛的拖拉機(jī);到了40年代,出現(xiàn)了能夠在纜繩引導(dǎo)下在田間做圓周運(yùn)動的自動行駛拖拉機(jī)。70年代,人們又通過在田間鋪設(shè)電纜來引導(dǎo)拖拉機(jī)自動行駛;80年代,誕生了基于圖像傳感器的自動引導(dǎo)車輛,隨后又出現(xiàn)了基于GPS、多傳感器融合等多種導(dǎo)航方式的自動行駛車輛 2,農(nóng)業(yè)自動導(dǎo)航控制技術(shù)的研究不斷取得重大進(jìn)展。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用把駕駛員從頻繁的方向操作中解脫出來,實(shí)現(xiàn)車輛的無人駕駛,讓機(jī)器代替人在戶外工作,或進(jìn)行如噴灑農(nóng)藥等對人體有害的操作,極大的改善了工作環(huán)境。 進(jìn)入90年代,精細(xì)農(nóng)業(yè)的問世,又為農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航提出了新的要求。精細(xì)農(nóng)業(yè)將遙感地理信息

9、系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)等高科技與地理學(xué)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、土壤等基礎(chǔ)學(xué)科有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對農(nóng)作物、土地、土壤從宏觀到微觀的實(shí)時(shí)監(jiān)控,以實(shí)現(xiàn)對作物生長、發(fā)育狀況、病蟲害、水肥狀況以及相應(yīng)的環(huán)境狀況進(jìn)行定期信息獲取和動態(tài)分析,通過診斷和決策制定實(shí)施計(jì)劃,并在全球定位系統(tǒng)GPS與GIS集成系統(tǒng)支持下進(jìn)行田間作業(yè)的信息化農(nóng)業(yè) 35。精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用,可以在很大程度上提高作業(yè)精度,減少重復(fù)作業(yè),節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境,維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。由于精細(xì)農(nóng)業(yè)是建立在“空間差異”數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)處理的信息化技術(shù)上,需要精確的位置信息和環(huán)境信息,這就為自動

10、導(dǎo)航控制技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景。 1.1.2農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航研究現(xiàn)狀 國外對農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航控制技術(shù)的研究相對較早,美國、日本和歐洲一些國家在導(dǎo)航定位,導(dǎo)航控制等方面都有較為深入的研究,國內(nèi)對該項(xiàng)技術(shù)的研究則相對落后,還處于初期研究階段 614。 車輛自動導(dǎo)航主要是通過傳感器對車輛自身位姿信息進(jìn)行檢測,進(jìn)而根據(jù)檢測獲得的信息自主的進(jìn)行控制決策,并通過轉(zhuǎn)向控制使車輛沿規(guī)劃路徑自動行駛來實(shí)現(xiàn)的 15。問題的關(guān)鍵就在于車輛位姿信息的獲取和車輛方向控制。1.1.2.1 農(nóng)用車輛導(dǎo)航定位技術(shù)研究現(xiàn)狀 根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)中使用傳感器的不同,農(nóng)用車輛導(dǎo)航定位方法主要有視覺導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、GPS導(dǎo)航、電磁誘導(dǎo)導(dǎo)航、機(jī)

11、械觸覺導(dǎo)航、多傳感器融合、慣性導(dǎo)航、超聲波、聲納導(dǎo)航等 16,17。1.1.2.1.1 視覺導(dǎo)航視覺導(dǎo)航是指機(jī)器人通過CCD攝像機(jī)對周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)探測,并對獲得的圖像信息進(jìn)行分析處理,做出行動路徑規(guī)劃,在無人干涉的情況下,自動移動到預(yù)定的目標(biāo)。農(nóng)業(yè)移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方式中,一種比較簡單的方法是,基于視覺距離檢測技術(shù)的導(dǎo)航方式。在地面上人為的敷設(shè)標(biāo)記線,機(jī)器人通過兩只視覺傳感器在行走過程中不斷檢測相對于標(biāo)記線的距離,通過方向控制,使機(jī)器人與標(biāo)記線的距離偏差最小,從而達(dá)到自動導(dǎo)航的目的。這種方法具有路徑標(biāo)記簡單,可靠,成本低,柔性好,圖象處理易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)對機(jī)器人作業(yè)環(huán)境有很高要求,所以

12、一般用于地面條件良好的溫室內(nèi)。另一種方法是基于田間作物空間排列特征的導(dǎo)航方式。機(jī)器人根據(jù)田間作物的圖象,利用一定的算法,提取圖像邊緣信息,判斷作物排列行與機(jī)器人的相對位置,進(jìn)而規(guī)劃出移動基準(zhǔn)線,實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)航。圖像邊緣信息的提取,一般都是根據(jù)景物明暗,亮度,顏色等的變化實(shí)現(xiàn)的,但是由于田間景物圖像受光照條件,攝取角度,距離等因素的影響,加之圖像中的田埂,農(nóng)作物等物體大部分失去了細(xì)節(jié)輪廓特征,邊緣并不理想,所以很難得到準(zhǔn)確的輪廓邊緣。但是研究人員發(fā)現(xiàn),圖像中不同區(qū)域的紋理存在著較大差異,根據(jù)這一現(xiàn)象,應(yīng)用紋理分析方法,可以從農(nóng)田景物紋理差異中提取邊緣信息。另外,利用小波變換這種新的數(shù)學(xué)分析方法對圖

13、像進(jìn)行分析處理,能夠得到圖像信號的時(shí)域和頻域信息,從而對圖像不同結(jié)構(gòu)邊界的性質(zhì)進(jìn)行定量描述。因此,能十分有效地對農(nóng)田圖像各種邊緣進(jìn)行檢測定位,近年來在圖像處理中應(yīng)用較多。視覺導(dǎo)航易受外界光線影響,對圖像處理算法和處理速度的要求較高,但是視覺導(dǎo)航具有信息探測范圍寬,目標(biāo)信息完整等優(yōu)點(diǎn)。一些新的圖像算法的提出和高速圖像采集設(shè)備的不斷引入,以及成本上較之GPS導(dǎo)航的優(yōu)勢,使得視覺導(dǎo)航成為國內(nèi)外研究最多的一種導(dǎo)航方式,可以將其廣泛應(yīng)用與農(nóng)藥噴灑,耕作,收獲機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)中 1827。周俊對農(nóng)用輪式移動機(jī)器人導(dǎo)航跟蹤路徑的視覺檢測方法進(jìn)行了探討,利用Hough變換把圖像空間里的直線映射成導(dǎo)航參數(shù)空間中

14、的點(diǎn),獲取導(dǎo)航參數(shù)。將基于橫向偏差,航向偏差及前輪轉(zhuǎn)角的三個(gè)輪式移動機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)分量,運(yùn)用直接狀態(tài)反饋的方法進(jìn)行了導(dǎo)航控制 28。趙穎對農(nóng)業(yè)自主行走機(jī)器人視覺導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了研究,提出了基于掃描線上像素分布的條帶狀目標(biāo)對象圖像分割方法,并對傳統(tǒng)Hough變換進(jìn)行了改進(jìn),提出基于一點(diǎn)的改進(jìn)Hough變換算法,在保留Hough變換抗干擾能力強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,簡化了計(jì)算過程,極大的提高了處理速度 29。1.1.2.1.2 激光導(dǎo)航激光導(dǎo)航是根據(jù)激光三角測距原理,測量出周邊環(huán)境與傳感器之間的距離信息,進(jìn)行路徑規(guī)劃,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)航的。Chateau等人在聯(lián)合收割機(jī)上安裝激光傳感器,根據(jù)已收和未收谷物與傳

15、感器距離的不同,得到未收谷物邊緣信息,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收割機(jī)的自動導(dǎo)航 30。Oscar等利用二維激光掃描器獲得的距離信息,計(jì)算出傳感器距離兩邊果樹行的最短距離,規(guī)劃出移動基準(zhǔn)線,通過方向控制,使拖拉機(jī)沿著道路中心線自動行駛 31。激光導(dǎo)航不受光線影響,且激光光束集中,平行性好,散射小,測距方向分辨率高,將其與視覺導(dǎo)航相結(jié)合,可以彌補(bǔ)視覺導(dǎo)航在夜間或光線不足時(shí)進(jìn)行谷物收獲中的不足。但是激光導(dǎo)航受環(huán)境因素干擾比較大,如灰塵,霧等的影響,會使測量距離發(fā)生較大誤差。因此,對采集到的信號進(jìn)行去噪及消除灰塵,霧等的影響,也是激光導(dǎo)航需要解決的主要問題。1.1.2.1.3GPS導(dǎo)航GPS全球定位系統(tǒng)是利用環(huán)繞地球

16、的24顆衛(wèi)星,準(zhǔn)確計(jì)算使用者所在位置的龐大衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)。每顆衛(wèi)星連續(xù)的向地面發(fā)射一定頻率的無線電信號,機(jī)器人在地球的任意點(diǎn)均能接收到至少4顆衛(wèi)星發(fā)射來的信號,對這些信號進(jìn)行分析計(jì)算,就能確定機(jī)器人的絕對位置坐標(biāo),如果對該位置坐標(biāo)的田間作物信息進(jìn)行采集,又可為精細(xì)農(nóng)業(yè)研究提供可靠的數(shù)據(jù)信息,因此,這是一種全天候,實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航定位系統(tǒng) 32。GPS主要分為兩類,DGPS(差分GPS定位技術(shù))和RTK-GPS(實(shí)時(shí)動態(tài)GPS定位技術(shù)),可根據(jù)精度需要選擇合適的GPS 3335。在移動導(dǎo)航中,GPS定位精度受到衛(wèi)星信號狀況和道路環(huán)境的影響,如溫室大蓬,樹冠對信號的阻擋等,同時(shí)還受到時(shí)鐘誤差,傳播誤

17、差,接受機(jī)噪聲等諸多因素的影響。因此單純利用GPS導(dǎo)航存在定位精度比較低,可靠性不高的問題,所以在機(jī)器人導(dǎo)航中通常還輔以磁羅盤,FOG光纖陀螺儀等傳感器,或者與其它到導(dǎo)航方式相結(jié)合來提高定位精度。GPS導(dǎo)航的另一不足是,需要在環(huán)境已知的情況下,花時(shí)間預(yù)先輸入車輛跟蹤路線。同時(shí)由于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的成本較高,使得其在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用受到一定限制。1.1.2.1.4電磁誘導(dǎo)導(dǎo)航電磁誘導(dǎo)導(dǎo)航,是指機(jī)器人以鋪設(shè)在作業(yè)路徑上的感應(yīng)電纜為引導(dǎo)線,在無人干涉的情況下,沿著引導(dǎo)線自動行走的一種導(dǎo)航方式。其工作原理是:在地下或高空中沿著作業(yè)路徑鋪設(shè)感應(yīng)電纜,并通以高頻交變信號電流,機(jī)器人通過電磁感應(yīng)傳感器,感測電

18、磁信號,其接收到的電磁信號強(qiáng)弱可以反映機(jī)器人偏離引導(dǎo)線的程度,機(jī)器人根據(jù)這種變化來調(diào)節(jié)行走路線,實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)航。日本的Tosika等人研制了果樹噴霧機(jī)器人,由埋設(shè)在地下30cm處的電纜誘導(dǎo),利用模糊控制算法完成自動導(dǎo)航。宋健等人研制了一種自動電磁誘導(dǎo)式噴霧機(jī)器人,機(jī)器人行走軌跡的誘導(dǎo)信號由埋設(shè)在田間的通有高頻電流的導(dǎo)線產(chǎn)生,利用一對電磁感應(yīng)傳感器的信號電壓差判斷機(jī)器人位置,然后利用左右輪轉(zhuǎn)速差調(diào)整機(jī)器人轉(zhuǎn)向,使機(jī)器人沿導(dǎo)線自動行走。該機(jī)器人直線位置誤差僅為1cm,轉(zhuǎn)彎半徑0.5m時(shí)的導(dǎo)航精度為2.5cm 36。電磁誘導(dǎo)導(dǎo)航,不必進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)運(yùn)算,容易實(shí)現(xiàn),導(dǎo)航精度高,但是需要提前鋪設(shè)電纜,且在大

19、型農(nóng)田中應(yīng)用的成本太大,所以比較適合小范圍內(nèi)田間操作的應(yīng)用。1.1.2.1.5機(jī)器觸覺導(dǎo)航 機(jī)械觸覺是一種相對位置傳感器,它可以提供車輛與接觸物之間的相對位置關(guān)系,機(jī)器人通過對相對位置變化進(jìn)行檢測,實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)航。德國的KTBL開發(fā)了一種旋耕機(jī)器人,通過傳感器與壟的接觸,可以使拖拉機(jī)沿著壟的一側(cè)自動行駛。德國研制的Claas自動駕駛儀系統(tǒng),可以跟蹤能形成固體引導(dǎo)線的作物行(如玉米,谷物行等),進(jìn)行田間作業(yè)。何卿設(shè)計(jì)了一種由半橢圓形觸桿構(gòu)成的機(jī)械式導(dǎo)航傳感器,并將其與電子羅盤,里程計(jì)相組合,綜合利用機(jī)械式導(dǎo)航和羅盤導(dǎo)航的優(yōu)勢,開發(fā)出多傳感器融合導(dǎo)航控制算法,彌補(bǔ)了機(jī)械式導(dǎo)航在秸稈缺失情況下丟失信號

20、的缺陷,以及羅盤定位在長距離導(dǎo)航中積累誤差的缺陷。在拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向控制部分,采用帶非線性補(bǔ)償?shù)腜ID控制,實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)在田間秸稈復(fù)雜排列環(huán)境中的自動導(dǎo)航 37。這種導(dǎo)航方式的不足是傳感器對作物之間的距離,作物連續(xù)性有一定要求。作物間距過大,作物局部缺失,均會導(dǎo)致檢測信號不連續(xù)。因此只適合于部分農(nóng)作物的田間操作。1.1.2.1.6 無傳感器導(dǎo)航 無傳感器導(dǎo)航能夠充分利用地理環(huán)境對車輛實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)航。日本愛媛大學(xué)研制了一種不用傳感器導(dǎo)航的自校正運(yùn)輸車,該運(yùn)輸車可以在兩條相距一定距離的地壟中間直線行走。這種導(dǎo)航方式不用傳感器,利用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)方向的自動調(diào)節(jié),但是,卻需要專門的地壟作為軌道,靈活性差。荷蘭農(nóng)

21、業(yè)環(huán)境工程研究所(MAG)研制了一種溫室黃瓜收獲機(jī)器人,同樣不用傳感器導(dǎo)航,而是以溫室內(nèi)的加熱管道作物軌道,合理的利用了周圍的環(huán)境條件。該機(jī)器人可以以0.8m/s的速度在兩條平行的加熱管道上自由行駛 38。1.1.2.1.7多傳感器融合 由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性,易變性,以及惡劣的開放式結(jié)構(gòu),單一傳感器很難勝任導(dǎo)航作業(yè)。同時(shí),傳感器本身存在的一些不足,使得導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度受到很大影響。這就需要將一些傳感器結(jié)合起來使用,利用多傳感器融合技術(shù),將各傳感器產(chǎn)生的信息進(jìn)行綜合,獲取合適的導(dǎo)航信息。多傳感器融合技術(shù),是指利用多個(gè)傳感器共同工作,得到描述同一環(huán)境特征的冗余或互補(bǔ)信息,再運(yùn)用一定的算法

22、進(jìn)行分析,綜合和平衡,最后取得環(huán)境特征較為準(zhǔn)確可靠的描述信息。為了減少數(shù)據(jù)的計(jì)算量,在具體問題中,往往不是對所有的傳感器信息進(jìn)行融合,而是采用傳感器分組方法,針對不同的行動激活不同的分組,或者對不同復(fù)雜程度的地形激活不同數(shù)量的傳感器來探測,這樣可以減少融合過程中的計(jì)算量。多傳感器融合技術(shù)的研究主要是集中在信息融合算法的研究上。近年來人們已經(jīng)提出多種傳感器信息融合算法,比較有代表性的有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯法、加權(quán)平均法、卡爾曼濾波、貝葉斯估值、D-S證據(jù)推理、統(tǒng)計(jì)決策理論等。而農(nóng)業(yè)工程中則以卡爾曼濾波和模糊邏輯法最為常用。1.1.2.1.8慣性導(dǎo)航 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用車輛內(nèi)部信息,通過慣性傳感

23、器,如陀螺儀、加速度計(jì)、轉(zhuǎn)角傳感器等對車輛位姿信息進(jìn)行推算的一種導(dǎo)航方式。于海業(yè)開發(fā)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng),采用壓電式陀螺儀角速度計(jì)檢測行走車的角速度,采用雷達(dá)式速度計(jì)檢測行走車的行走速度,根據(jù)角速度及速度計(jì)算出行走車的位置和方位。并充分考慮車輛縱搖和橫搖的影響,使用三個(gè)角速度計(jì)構(gòu)成相互垂直的直角坐標(biāo)系,依此對角速度進(jìn)行修正。通過車輛運(yùn)動學(xué)模型建立了車輛行走控制模型,用伺服油缸控制拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)的自動引導(dǎo)行走 39。此種導(dǎo)航方式所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好、噪聲低、不易受外界電磁干擾的影響,短期精度和穩(wěn)定性好。但是系統(tǒng)存在累積誤差,定位精度隨時(shí)間增長而降低。如果將其與GPS和視覺導(dǎo)航配合使

24、用,則可以在視覺導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)存在信息缺失及信號不穩(wěn)定等情況下,彌補(bǔ)其不足,保證對機(jī)器人的有效控制。農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)中,除上述各導(dǎo)航方式以外,其它一些導(dǎo)航方式如超聲波、紅外、聲納導(dǎo)航等也有一定應(yīng)用,主要與其它導(dǎo)航方式相結(jié)合,以提高導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性 40。1.1.2.2農(nóng)用車輛導(dǎo)航控制研究現(xiàn)狀 對于車輛轉(zhuǎn)向控制的研究,則主要集中在導(dǎo)航控制器的設(shè)計(jì)上?？刂破魇菍⒙窂狡钚盘栟D(zhuǎn)變?yōu)檐囕v操作機(jī)構(gòu)動作的中間環(huán)節(jié)。目前,農(nóng)業(yè)車輛導(dǎo)航控制器設(shè)計(jì)所使用的方法主要包括:基于PID控制的方法、基于動力學(xué)模型的控制方法、基于運(yùn)動學(xué)模型的控制方法、基于模糊控制的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的方法等

25、。PID控制算法是工程界中最常用的控制算法,由于其算法簡單、魯棒性好、可靠性高,被廣泛應(yīng)用于過程控制和運(yùn)動控制。張智剛以日本久保田插秧機(jī)為研究對象,提出了基于速度的自適應(yīng)PID控制方法,通過仿真和試驗(yàn)對車輛轉(zhuǎn)向控制進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,航向跟蹤控制效果好,為進(jìn)一步展開研究提供了依據(jù) 41。Benson在建立以機(jī)器視覺為基礎(chǔ)的小型谷物聯(lián)合收割機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí),利用PID控制器將導(dǎo)航信號轉(zhuǎn)變?yōu)檐囕嗈D(zhuǎn)角,取得了較好的控制效果42?；趧恿W(xué)的控制方法充分考慮車輛的動力學(xué)性能,將車輛的轉(zhuǎn)向受力、轉(zhuǎn)向負(fù)載、質(zhì)量等考慮在內(nèi)建立車輛動力學(xué)模型,而基于運(yùn)動學(xué)模型的控制方法,可以不考慮車輛在運(yùn)動中的受力和側(cè)滑等復(fù)雜

26、問題,用簡單的運(yùn)動學(xué)模型描述車輛的運(yùn)動狀況。陳軍利用車輛運(yùn)動學(xué)模型建立車輛運(yùn)動狀態(tài)方程,在對狀態(tài)方程進(jìn)行線性化的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了車輛沿生成軌道引導(dǎo)行走的負(fù)反饋控制器。Noguchi將RTK-GPS、機(jī)器視覺傳感器和地磁傳感器檢測的拖拉機(jī)位置信息進(jìn)行融合,得到拖拉機(jī)自動行駛過程中的位置誤差和方向角誤差,同時(shí)建立了拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向運(yùn)動學(xué)模型,利用該模型建立了帶反饋的控制器,實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)的田間自動行走 43。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制能模擬人的智能行為,不需要精確的數(shù)學(xué)模型,能夠解決許多不確定的,非線性的自動化問題,因此被引入到車輛自動導(dǎo)航控制中來4448。Nuguchi應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法建立了具有自學(xué)習(xí)能

27、力的農(nóng)用車輛控制系統(tǒng),車輛運(yùn)動模型被認(rèn)為是一個(gè)非線形系統(tǒng),采用5-5-5-3的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的約束條件進(jìn)行導(dǎo)航路線的優(yōu)化。對于在平坦路面上行駛的農(nóng)用車輛,該模型具有很好的控制效果 49。Seong In Cho等將模糊控制技術(shù)應(yīng)用在果樹噴霧機(jī)器人 的自動導(dǎo)航系統(tǒng)中,通過DGPS獲取機(jī)器人的航向角,根據(jù)超聲波檢測機(jī)器人與障礙物間的距離,把航向角和距離值作為模糊控制器的輸入量,輸出量則為液壓油缸的移動方向和動作時(shí)間。同時(shí)應(yīng)用遺傳算法對控制器進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了噴霧機(jī)器人的運(yùn)動控制,實(shí)驗(yàn)表明,機(jī)器人運(yùn)動的橫向偏差在0.5m以內(nèi) 50。Zhu Zhongxiang等利用車輛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,把模糊邏輯控

28、制引入到坡地的拖拉機(jī)直線導(dǎo)航研究中。所設(shè)計(jì)的模糊控制器分為兩層,上層利用地面坡度和拖拉機(jī)姿勢信息確定下層程序類型,下層利用橫向偏移量和方向角偏差得到最優(yōu)的轉(zhuǎn)角變化值。1.1.2.3農(nóng)用車輛轉(zhuǎn)向控制研究現(xiàn)狀 車輛方向的改變是通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,目前主要采用電機(jī)和液壓機(jī)構(gòu)兩種方式對車輛轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制。用直流電機(jī)來控制車輛轉(zhuǎn)向,可以很好滿足車輛控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)車輛大多數(shù)都采用液壓操作系統(tǒng),將原有液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造,引入到車輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中來,也可以實(shí)現(xiàn)對車輛轉(zhuǎn)向的自動控制。H.Qiu等設(shè)計(jì)了車輛電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的模糊控制器,以車輪的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向速度和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角與實(shí)測轉(zhuǎn)角的差值為輸入量,得到的輸出量

29、為以電壓形式表示的車輛轉(zhuǎn)角速度。通過在模擬器上進(jìn)行測試和實(shí)車實(shí)驗(yàn),該控制器均取得的比較好的控制效果 51。陳文良等提出了一種電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)人工駕駛和自動駕駛切換,當(dāng)切換到自動駕駛狀態(tài)時(shí)由步進(jìn)電機(jī)對轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制,該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向力矩大,響應(yīng)速度快,控制精度高等特點(diǎn) 52。1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)和意義 1.2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化雖然在很大程度上降低了勞動強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率,極大地推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,但是,伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,僅僅實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械已經(jīng)不能夠滿足人們的需求,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢。本次設(shè)計(jì)的目的就在于完成插秧機(jī)自動導(dǎo)航的電控控制轉(zhuǎn)向單元,實(shí)現(xiàn)農(nóng)

30、機(jī)轉(zhuǎn)向的自動控制。 1.2.2 設(shè)計(jì)意義 隨著科技的發(fā)展,插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)也有了很大的改善,但仍然存在著一些問題。本文設(shè)計(jì)的插秧機(jī)自動導(dǎo)航控制單元目的就在于改善目前插秧機(jī)所存在的一些問題。首先,自動導(dǎo)航控制單元確保了插秧機(jī)插秧插的直,這才很大程度上提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)率。同時(shí),利用該控制單元能夠減輕勞動者壓力,原本需要兩個(gè)人控制的插秧機(jī)現(xiàn)在只需一個(gè)人來完成,減少了勞動力,極大地改善了工作環(huán)境,提高了作業(yè)精度。同時(shí)插秧機(jī)自動導(dǎo)航技術(shù)的研究也是科技進(jìn)步的一個(gè)象征,配合精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù),可以減少重復(fù)作業(yè),提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境,維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此,進(jìn)行插秧機(jī)自動導(dǎo)航技術(shù)的研究具有十分重要的

31、意義。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是通過選用PIC單片機(jī)控制直流電機(jī)驅(qū)動板從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向,并進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)。具體實(shí)現(xiàn)為:選擇合適的PIC芯片,設(shè)計(jì)一個(gè)PIC電路,利用單片機(jī)內(nèi)某些模式的功能編寫PIC程序并將其完善使其能夠調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)自動化導(dǎo)航操作。同時(shí)由于同組同學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要,設(shè)計(jì)一個(gè)微電機(jī)的控制電路并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量,并進(jìn)行調(diào)整得到最完善的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第二章 插秧機(jī)導(dǎo)航控制單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 框圖 本次插秧機(jī)自動導(dǎo)航控制單元是以PIC16F877A為核心,以任務(wù)循測的方式進(jìn)行程序的編寫。采用間跳指令來完成的整個(gè)任務(wù)循檢過程。 信號輸入端口分配:通訊口是否有新數(shù)據(jù)

32、RA0,定時(shí)200ms到否RA1,是否需要調(diào)整轉(zhuǎn)角RA2,是否需要制動RA3,是否需要調(diào)整速度RB0,是否控制插秧臺RB1。 信息輸出端口分配:通訊口讀數(shù)據(jù)RB2,讀轉(zhuǎn)角RB3,控制電機(jī)轉(zhuǎn)向RB4,制動RB5,調(diào)整速度RB6,插秧臺升降RB7。2.2 程序步驟及實(shí)現(xiàn) 2.2.1 中斷程序 中斷程序包括變量及其常數(shù)的定義和中斷服務(wù)程序的設(shè)定。程序?qū)崿F(xiàn)如下: #define MYFLAG 20H #define COUNT 21H #define LightFanZhuan22H #define LightZhengZhuan 23H #define T1_count 24H #define SH

33、ENG 25H #define JIANG 26H #define delcount1 27H #define delcount2 28H listp16F873A includep16f873A.inc org0x000;復(fù)位入口地址 nop gotomain org0004h;中斷入口地址 bcfINTCON,TOIF;復(fù)位TIMER0的中斷標(biāo)志 movlw0x3d;TMR0重新賦值 movwfTMR0 decfCOUNT,f;中斷次數(shù)減1 btfscSTATUS,Z;判斷是否被減為零了 bsfMYFLAG,0;置產(chǎn)生50ms定時(shí)到標(biāo)志 cblock 0x20;定義變量 wTemp;中斷保

34、護(hù)W寄存器 statuaTemp ;中斷保護(hù)STATUS寄存器 pchTemp;中斷保護(hù)PCLATH寄存器 endc;變量定義結(jié)束org0080h 2.2.2 初始化程序 main bankselOPTION_REG movlwb00000101;預(yù)分頻數(shù)位64 movwfOPTION_REG bankselTMR0 movlw0x3d;TMR0賦初始值 movwfTMR0 bankselINTCON;設(shè)置中斷控制寄存器 movlwb10100000 clrfINTCON bsfINTCON,T0IE;只使TMR0中斷 bsfINTCON,GIE;開全局中斷 bcfSTATUS,RP0 bcf

35、STATUS,RP1 movlwD4 movwfCOUNT;設(shè)置中斷次數(shù)清零計(jì)數(shù)器 clrfMYFLAG bankselTRISB;切換到TRISB所在的bank clrfTRISB;確保RB為輸出狀態(tài) bankselTRISC;切換到TRISC所在的bank bcfTRISC,0;確保RC0為輸出狀態(tài) bcfTRISC,2;確保RC2為輸出狀態(tài) bankselPR2;切換到PR2所在的bank movlw.156;PWM周期值.156 movwfPR2;設(shè)定PR2周期控制寄存器 clrfSTATUS ;選擇bank0 bankselT2CON;切換到T2CON所在的bank movlwb00

36、001100 ;啟動TMR2,預(yù)分頻1:1,后分頻1:2 bankselCCP1CON ;切換到CCP1CON所在的寄存器 movlwb00001100;取PWM工作模式控制字 movwfCCP1CON ;設(shè)定CCP1模塊 本初始化程序中,定義了程序中要用到的自定義寄存器及定時(shí)200MS和PWM控制的一些相關(guān)程序。其中主要包括將定時(shí)200ms的數(shù)據(jù)導(dǎo)入寄存器中和PWM周期設(shè)定。 2.2.3 循環(huán)程序 循環(huán)程序中主要完成框圖中各項(xiàng)指令的執(zhí)行,程序?qū)崿F(xiàn)如下:loopbtfscMYFLAG,0;有新數(shù)據(jù)否 callDUSHUJU;讀取新數(shù)據(jù)btfscMYFLAG,1;200ms定時(shí)到否callDIN

37、GSHI;讀轉(zhuǎn)角,調(diào)整轉(zhuǎn)角btfscMYFLAG,2;調(diào)整轉(zhuǎn)向否callZHUANXIANG;調(diào)節(jié)正反轉(zhuǎn)btfscMYFLAG,3;需要制動否callZHIDONG;制動btfscMYFLAG,4;需要調(diào)整轉(zhuǎn)速否callTIAOSU;調(diào)整轉(zhuǎn)速btfscMYFLAG,5;需要控制插秧臺否callSHENGJIANG;控制插秧臺升降clrwdt;關(guān)閉看門狗goto loop;重復(fù)主循環(huán) 2.2.4 子程序DUSHUJUbcfMYFLAG,0bsfTRISB,1Return讀轉(zhuǎn)角DINGSHIbtfscMYFLAG,1;判斷200ms定時(shí)是否已到callTim0ProcclrwdtgotoDINGS

38、HITim0ProcbcfMYFLAG,0movlwD4movwfCOUNT;設(shè)置中斷次數(shù)清零計(jì)數(shù)器callDUZHUANJIAO;讀轉(zhuǎn)角DUZHUANJIAO bcfMYFLAG,1movlwD4movwfCOUNT;設(shè)置中斷次數(shù)清零計(jì)數(shù)器bcfINTCON,GIE;暫時(shí)禁止所有中斷bankselTMR1H;切換到TMR1H所在的bank clrfT1_count;清空count內(nèi)數(shù)據(jù)Get_T1ValmovfTMR1H,w;讀取TMR1H值movwfT1_count+1;傳送到T1_count高字節(jié)movfTMR1L,w;讀取TMR1L值movwfT1_count;傳送到T1_count低

39、字節(jié)movfTMR1H,w;再讀TMR1H值xorwfT1_count+1,w ;看是否與原先讀到的TMR1H內(nèi)容一樣Skpz;是,讀取16位TMR1過程結(jié)束gotoGet_T1Val ;否,TMR1低位向高位進(jìn)位,重新讀取TMR1bsfINTCON,GIE;重新開放中斷bsfTRISB,2;設(shè)置RB2為輸入Return定時(shí)200ms,時(shí)間到就去讀轉(zhuǎn)角并且調(diào)整轉(zhuǎn)角ZHUANXIANGbcfMYFLAG,2btfscPORTA,5;是否反轉(zhuǎn)callLightFanZhuan ;反轉(zhuǎn)btfssPORTA,5;是否正轉(zhuǎn)callLightZhengZhuan ;正轉(zhuǎn)return控制電機(jī)轉(zhuǎn)向,PORTA

40、,5置0為正傳,置1為反轉(zhuǎn)ZHIDONGbcfMYFLAG,3MOVLW b00001000IORWFPORTB,freturn是否制動:TRISB,3置1為制動TIAOSUbcfMYFLAG,4bankselCCPR1L;切換到CCPR1L所在的bankmovlw.156 ;預(yù)設(shè)波起始點(diǎn)movwfCCPR1L;設(shè)定占空比輸出bankselPORTB ;切換到PORTB所在的bankmovlw0x00;傳送到PORTBmovwfPORTB;讀取PORTB值calldelay500;調(diào)換延時(shí)20msmovlw0xff;傳送到PORTB movwfPORTB;讀取PORTB值;gotoTIAOSU

41、調(diào)速:控制PWM占空比調(diào)節(jié)速度大小delay500movlwD5movwfdelcount2del2call delay5decfszdelcount2gotodel2returndelay5movlwD200movwfdelcount1del1nopnopdecfszdelcount1,1gotodel1Return延時(shí)20msSHENGJIANGbcfMYFLAG,5btfscPORTA,6;升插秧臺否call SHENG;插秧臺升btfssPORTA,7;降插秧臺否callJIANG;插秧臺降升降控制:PORTA,6置0為降,置1為升End;匯編結(jié)束第三章 測控單元硬件電路及軟件設(shè)計(jì)3.

42、1 主電路 10K 10K 此電路圖主要完成對單片機(jī)PWM模式的連接,將信號進(jìn)行兩次濾波之后產(chǎn)生平穩(wěn),穩(wěn)定的模擬信號,并且可以通過控制占空比調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。3.2直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制模塊 3.2.1 實(shí)驗(yàn)方案 該實(shí)驗(yàn)方案是以PIC16F873A為核心,PWM模式下的工作電路。通過控制TMR2寄存器調(diào)節(jié)PWM周期,通過調(diào)節(jié)CCPxCON控制PWM占空比調(diào)節(jié)輸出電壓。 3.2.2 所用芯片及其模塊概述PIC16F87X芯片 PIC16F87X是維芯公司的中檔產(chǎn)品。它采用14位的類RISC指令系統(tǒng),在保持低價(jià)格的前提下,增加了A/D轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部EEPROM存儲器、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出(加上簡單

43、的濾波電路后,還可以作為D/A輸出)、I2C總線和SPI總線接口電路、異步串行通信(USART)接口電路、模擬電壓比較器、LCD驅(qū)動、FLASH程序存儲器等許多功能,可方便地在線多次編程和調(diào)試,特別適用于初學(xué)者學(xué)習(xí)和在產(chǎn)品的開發(fā)階段使用;它也可以作為產(chǎn)品開發(fā)的終極產(chǎn)品。該系列單片機(jī)具有如下顯著的特點(diǎn):? 開發(fā)容易,周期短 由于PIC采用類RISC指令集,指令數(shù)目少(PIC16F87X僅35條指令),且全部未單字長指令,易學(xué)易用。相對于采用CISC(復(fù)雜指令集)結(jié)構(gòu)的單片機(jī),可節(jié)省30%以上的開發(fā)時(shí)間、2倍以上的程序空間。? 高速 PIC采用哈佛總線和類精簡指令集,逐步建立了一種新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),指

44、令的執(zhí)行速度比一般的單片機(jī)要快4-5倍。? 低功耗 PIC采用CMOS電路設(shè)計(jì),結(jié)合了諸多的節(jié)電特性,使其功耗很低;100%的靜態(tài)設(shè)計(jì)可影響激活后的正常運(yùn)行進(jìn)入休眠省電狀態(tài),而不會影響激活后的正常運(yùn)行。? 低價(jià)實(shí)用PIC配備有OTPone time programmable型、EPROM型及FLASH型等多種形式的芯片,其OTP型芯片的價(jià)格很低。定時(shí)器TMR2 8位寬度的TMR2定時(shí)器有一個(gè)前置預(yù)分頻器和后置預(yù)分頻器,同時(shí)還有一個(gè)周期控制寄存器與它配合一起實(shí)現(xiàn)針對單片機(jī)指令周期的計(jì)數(shù)。這也意味著TMR2只能作為定時(shí)器使用,無法對外部輸入的脈沖作計(jì)數(shù)。當(dāng)其預(yù)分頻和后預(yù)分頻器的分頻比為最大,計(jì)數(shù)周

45、期也是最大時(shí),定時(shí)的溢出頻率與16位的定時(shí)器一樣:一次計(jì)數(shù)的溢出最多為65536個(gè)指令周期。 TMR2定時(shí)器與TMR0相比,最大的區(qū)別是TMR2有一個(gè)周期控制寄存器PR2。TMR0只能在計(jì)數(shù)溢出回0時(shí)才能產(chǎn)生中斷,但是TMR2的計(jì)數(shù)值有一個(gè)可以自由設(shè)定的上限,即PR2寄存器的設(shè)定值。只要當(dāng)TMR2的計(jì)數(shù)值和PR2的設(shè)定值相等時(shí)就會自動歸0,同時(shí)通過后分頻器產(chǎn)生一個(gè)中斷。在PIC單片機(jī)中定時(shí)器TMR2將與CCP模塊PWM輸出功能密切配合,輸出的PWM高低電平寬度基本就是靠TMR2的定時(shí)來實(shí)現(xiàn)。另外,TMR2的定時(shí)溢出信號也可以作為同步串行通信SSP模塊的時(shí)鐘。關(guān)于TMR2定時(shí)器模塊的工作原理框圖

46、如圖所示。 TMR2的工作模式基本上由T2CON寄存期決定,其中的各個(gè)數(shù)據(jù)位定義如圖6-8所示。-TOUTPS3TOUTPS2TOUTPS1TOUTPS0TMR2ONT2CKIPS1T2CKIPS0 圖6-8 TMR2控制寄存期T2CON的數(shù)據(jù)位定義 我設(shè)計(jì)的寄存器為00001100 定義如下: 位7沒有定義 讀此位的結(jié)果為0 位6:3 0001后分頻系數(shù)1;2 位21TMR2可以計(jì)數(shù) 位1:0 001:1預(yù)分頻 當(dāng)使用TMR2中斷時(shí),相關(guān)的中斷使能和標(biāo)志位分別在寄存期PIE1,PIR1和INTCON內(nèi),如表6-4所列。 表6-4 TMR2中斷相關(guān)寄存器數(shù)據(jù)位指示寄存器位 7位 6位 5位 4

47、位 3位 2位 1位 0INTCON GIE PEIE T0IE INTE RBIET0IFINTFRBIFPIE1 PSPIE ADIE RCIE TXIE SSPIECCP1IETMR2IETMR1IE PIR1 PSPIF ADIF RCIF TXIF SSPIFCCP1IFTMR2IFTMR1IF 若要響應(yīng)TMR2TMR2的中斷,TMR2IE,PEIE和GIE這3個(gè)位必須同時(shí)使能,進(jìn)入中斷服務(wù)程序后再查詢TMR2IF中斷標(biāo)志,有時(shí)還要TMR2IE和TMR2IF同時(shí)判別。處理完中斷后,軟件必須清除TMR2IF標(biāo)志位。 CCP模塊 CCP是英文單詞Capture捕捉),Compare(比較

48、),PWM(脈寬調(diào)制)的縮寫。在PIC單片機(jī)中,CCP模塊可以任意配置為此3個(gè)功能模式之一按所選芯片的不同,同一顆芯片上可能有多個(gè)CCP模塊,但它們的工作原理和使用方法相同: 捕捉,即為捕捉一個(gè)事件發(fā)生時(shí)的時(shí)間值。在單片機(jī)中所謂的事件即位電平變化,亦即引腳輸入的脈沖上升沿或下降沿。當(dāng)引腳輸入信號發(fā)生沿跳變時(shí),CCP的捕捉功能就立即把當(dāng)時(shí)的TMR1定時(shí)器的16位計(jì)數(shù)值記錄下來。 比較,即當(dāng)TMR1在運(yùn)行計(jì)數(shù)時(shí),與事先設(shè)定的一個(gè)計(jì)數(shù)值做對比,如果兩者相等,就立即通過引腳向外輸出一個(gè)設(shè)定的電平,或者觸發(fā)一個(gè)特殊事件 脈寬調(diào)制,即輸出頻率固定,但高電平寬度占空比可調(diào)的方波。 每個(gè)CCP模塊都有3個(gè)寄存

49、器與之對應(yīng),為方便起見,我們以統(tǒng)一的通用名稱來引用不同CCP模塊的寄存器,如表10-1所列。 表10-1CCP模塊通用名對照通用名CCP1CCP2CCP3說 明CCPxCONCCP1ONCCP2ONCCP3CONCCP模塊控制寄存器CCPRxHCCPR1HCCPR2HCCPR3HCCP寄存器高字節(jié)CCPxLCCP1CCP2CCP3CCP寄存器低字節(jié)CCPxCCP1CCP2CCP3CCP引腳 在最新推出的16F7X7系列單片機(jī)中共有3個(gè)CCP模塊;大部分28引腳以上的芯片有2路CCP;一些18引腳以下的芯片一般只有1個(gè)CCP模塊。 CCP模塊工作于不同模式時(shí)需要片內(nèi)定時(shí)器資源的配合。捕捉和比較功

50、能將用到16位定時(shí)器TMR1,PWM功能將用到TMR2定時(shí)器。同一顆芯片上的不同CCP模塊可以工作在不同的模式,但有一些相互制約的因素需要考慮,如表10-2所列。 表10-2不同CCP模塊工作模式組合CCPx工作模式CCPy工作模式資源沖突或制約條件捕捉捕捉共用同一個(gè)TMR1資源捕捉比較共用同一個(gè)TMR1資源比較比較共用同一個(gè)TMR1資源PWMPWM2路PWM共用同一個(gè)頻率(TMR2和PR2寄存器)PWM捕捉無PWM比較無 與CCP模塊相關(guān)的控制寄存器 與CCP模塊相關(guān)的最關(guān)鍵的控制寄存器是CCPxCON。CCP1CON和CCP2CON一般位于bank0;CCP3CON,如果有的話,則位于bank1。它們各自的數(shù)據(jù)位定義相同,如圖10-1所示。 ?DCxB1DCxB0CCPxM3CCPxM2CCPxM1CCPxM0 圖10-1CCPxCON寄存器的數(shù)據(jù)位定義 我設(shè)計(jì)的寄存器為00001100 定義如下: 位5:4 DCxB1:DCxB0:脈寬占空比控制最低2位1:0 捕捉模式 未用 比較模式 未用 PWM模式PWM模式占空比控制字為10位,最低2位即放在DCxB1:DCB0中,高8位數(shù)據(jù)放入專門的一個(gè)寄存器CCPRxL 位3;0 CCPxM3:CCPxM0:CCP模塊工作模式選擇位 11xx