孙鹏
摘要：随着信息技术的发展，越来越多的电子设备开始变得智能化。对于传统pid控制法，在一些简单，精度要求低的场所下，起着很重要的作用，本文介绍实习过程中做pid电机调速的一些心得。 一题目要求：本题是以8/16位微控制器为基础，实现小型直流电机闭环调速功能，设计PID数字控制器。 具体设计要求：熟悉微控制器，选择适合的微控制器芯片；设计转速编码检测、驱动调节设计；实现PID闭环控制设计，电机速度由按键分段给定或电位器连续给定，数码管跟踪显示当前给定速度和电机实际运行速度，实现PID参数在线显示和修改；完成硬件电路设计和测控程序的设计；文挡整理，撰写报告。
二题目理解：因为之前焊了了stm8开发板，而stm8作为意法半导体的一款8位mcu，自带ad,定时器，捕获，电机控制pwm波，完全能够满足题目8位微处理器的要求。实现直流电机闭环控制，即需要用pid 控制，因为之前风驰电掣比赛上有看过，所以代码也很简单。 我选用的是stm103k3t6,8kflash,1kram，640bitepprom.内置高级定时器time1，通用定时器（16位）timer2,8位定时器time4.电机使用废弃的剃须刀上的马达，传感器是用100k的光敏电阻和100mw的激光头，电机驱动使用航模通用nmos管st2302.使用锂电池供电，lcd1602作为显示模块，红外遥控作为控制键盘。 三硬件设计3.1CPU选择因为stm32是32位单片机，而430是16位单片机，c51为8位单片机。用stm32和430均可实现本题的要求，但用c51来完成本题恐怕有些挑战性。为了用最简单的方法完成本题，我选用了stm8103k3t6.8位单片机中性价比之王。其内部结构如图一所示：
图一 3.2显示模块： 因为题目要求显示模块需要显示当前速度和设定速度外，还需要能够修改pid的参数，所以选择了最通用的显示屏幕lcd1602.
3.3控制模块因为之前用过按键扫描和按键中断的函数，但发现按键需要延时，很浪费CPU资源，所以选择用红外发射接收模块。既可拓展功能，又可节省CPU资源，最大的好处就是不用触摸按键，桌面的抖动可能导致光电传感器检测到的计数脉冲不准确。 3.4电源部分电源为自己手机电池，系统工作电流120ma-200ma，待机电流80ma左右。而电池的电量为2100ma/h。实际在带电机工作情况下可以工作5小时上。 为了方便电池充电，本系统自带锂电池专用充电芯片tp4056. 为了给系统提供稳定的5v电源，本系统采用了专用700ma5v升压模块，实际测得升压模块输出电压为5.1-5.2v。可以给系统大部分电路供电。 3.5驱动模块为了给电机添上驱动，我开始考虑到lm298,但其体积庞大，需要7v以上电源。但我发现了一款实用的nmos管st2302，航模经典驱动芯片，3.3v就可以驱动。所以按照网上的电路图给焊接起来，发现确实管用。 3.6传感器因为手上有激光头和光敏电阻，所以选择了激光头打在光敏电阻上产生脉冲波，实现转速测量。由逻辑器件产生电压比较输出脉冲波，由稳压二极管1n4733产生3.3v电压，供单片机采集脉冲。 四软件设计4.1pwm波生成 Pwm波由定时器2产生，初始化为1khz的spwm波，占空比设置为1/10.通过在程序中调节定时器相关寄存器值可以改变pwm波的占空比。
4.2lcd显示 因为是用遥控控制lcd1602的翻页和相关参数的设置，所以我选择每1.4slcd屏幕上字幕刷新一次。如果刷新时间太短，红外遥控可能无法工作。当刷新时间太快时，字幕跳的太快会看不清字幕。
4.3脉冲捕获 我采用的是stm8外部中断源，当pc1捕获到上升沿时，改为下降沿捕获，连续一次上升沿和一次下降沿为一个周期，通过定时器4算出10个周期内时间，这样算10次，去掉最高值和最低值，即为平均值。
4.4pid算法 因为pi,pk,pd均为float值，而系统时钟只用16MHZ，用c语言编写需要消耗上百条指令周期，所以我将pid算法放入定时器4运算，每200ms运算一次。
程序是我一个一个敲进去的
#pragma vector=0x07 // 这里很关键！看下面说明。
__interrupt void EXTI_PC1(void)
{
asm("sim");
switch(EXTI_CR1)
{
case 0x10:EXTI_CR1=0x20;exit_flag=1;break;
case 0x20:EXTI_CR1=0x10;exit_flag=2;break;
default :exit_flag=0;break;
}
if(exit_flag==2)
{
t++;
exit_flag=0;
if(t%10==0)
{
ulong chaju;
now_nus=TIM4_CNTR;
now_ms=cishu;
chaju_ms=now_ms-last_ms;
if(cishu_flag==1)
{
cishu_flag=0;
chaju_ms=30000+now_ms-last_ms;
}
chaju_nus=now_nus-last_nus;
chaju=chaju_ms*250+chaju_nus;
now_rads=(1250000/chaju);
last_nus=now_nus;
last_ms=now_ms;
last_rads[rads_flag++]=now_rads;
if(rads_flag==10)
rads_flag=0;
pid_error1=pid_error;
pid_error=set_rads-now_rads;
pid_dt2=pid_dt1;
pid_dt1=pid_error-pid_error1;
last_radsss=last_radss;
last_radss =now_rads;
}
}
asm("rim");
}
#pragma vector=TIM4_OVR_UIF_vector//0x19
__interrupt void TIM4_OVR_UIF_IRQHandler(void)//对应IAP的中断地址：0x8060
{
++cishu;
TIM4_SR=0x00;
if(cishu==29999)
{
cishu_flag=1;
cishu=0;
minute++;
ds1820_flag=0;
}
if(cishu%100==0)
pid_caculate();
}
//pid算法核心
void pid_caculate()
{
int ppk,ppi,ppd;
ppk=(int)((long)(((int)(pk*100))*(pid_error))/100);
ppi=(int)((long)(((int)(pi*100))*(pid_error-pid_error1))/100);
ppd=(int)((long)(((int)(pd*100))*(pid_dt1-pid_dt2))/100);
pid_out+=ppk-ppi+ppd;
if(pid_out>2000)pid_out=2000;
if(pid_out<800)pid_out=800;
TIM2_CCR1H =pid_out/256;
TIM2_CCR1L = pid_out%256;
}
| 
QQ好友和群
QQ空间
腾讯微博
腾讯朋友
收藏
淘帖
顶
踩
