孫鵬
摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備開始變得智能化。對于傳統(tǒng)pid控制法，在一些簡單，精度要求低的場所下，起著很重要的作用，本文介紹實習(xí)過程中做pid電機(jī)調(diào)速的一些心得。 一題目要求：本題是以8/16位微控制器為基礎(chǔ)，實現(xiàn)小型直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速功能，設(shè)計PID數(shù)字控制器。 具體設(shè)計要求：熟悉微控制器，選擇適合的微控制器芯片；設(shè)計轉(zhuǎn)速編碼檢測、驅(qū)動調(diào)節(jié)設(shè)計；實現(xiàn)PID閉環(huán)控制設(shè)計，電機(jī)速度由按鍵分段給定或電位器連續(xù)給定，數(shù)碼管跟蹤顯示當(dāng)前給定速度和電機(jī)實際運(yùn)行速度，實現(xiàn)PID參數(shù)在線顯示和修改；完成硬件電路設(shè)計和測控程序的設(shè)計；文擋整理，撰寫報告。
二題目理解：因為之前焊了了stm8開發(fā)板，而stm8作為意法半導(dǎo)體的一款8位mcu，自帶ad,定時器，捕獲，電機(jī)控制pwm波，完全能夠滿足題目8位微處理器的要求。實現(xiàn)直流電機(jī)閉環(huán)控制，即需要用pid 控制，因為之前風(fēng)馳電掣比賽上有看過，所以代碼也很簡單。 我選用的是stm103k3t6,8kflash,1kram，640bitepprom.內(nèi)置高級定時器time1，通用定時器（16位）timer2,8位定時器time4.電機(jī)使用廢棄的剃須刀上的馬達(dá)，傳感器是用100k的光敏電阻和100mw的激光頭，電機(jī)驅(qū)動使用航模通用nmos管st2302.使用鋰電池供電，lcd1602作為顯示模塊，紅外遙控作為控制鍵盤。 三硬件設(shè)計3.1CPU選擇因為stm32是32位單片機(jī)，而430是16位單片機(jī)，c51為8位單片機(jī)。用stm32和430均可實現(xiàn)本題的要求，但用c51來完成本題恐怕有些挑戰(zhàn)性。為了用最簡單的方法完成本題，我選用了stm8103k3t6.8位單片機(jī)中性價比之王。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖一所示：
圖一 3.2顯示模塊： 因為題目要求顯示模塊需要顯示當(dāng)前速度和設(shè)定速度外，還需要能夠修改pid的參數(shù)，所以選擇了最通用的顯示屏幕lcd1602.
3.3控制模塊因為之前用過按鍵掃描和按鍵中斷的函數(shù)，但發(fā)現(xiàn)按鍵需要延時，很浪費(fèi)CPU資源，所以選擇用紅外發(fā)射接收模塊。既可拓展功能，又可節(jié)省CPU資源，最大的好處就是不用觸摸按鍵，桌面的抖動可能導(dǎo)致光電傳感器檢測到的計數(shù)脈沖不準(zhǔn)確。 3.4電源部分電源為自己手機(jī)電池，系統(tǒng)工作電流120ma-200ma，待機(jī)電流80ma左右。而電池的電量為2100ma/h。實際在帶電機(jī)工作情況下可以工作5小時上。 為了方便電池充電，本系統(tǒng)自帶鋰電池專用充電芯片tp4056. 為了給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5v電源，本系統(tǒng)采用了專用700ma5v升壓模塊，實際測得升壓模塊輸出電壓為5.1-5.2v。可以給系統(tǒng)大部分電路供電。 3.5驅(qū)動模塊為了給電機(jī)添上驅(qū)動，我開始考慮到lm298,但其體積龐大，需要7v以上電源。但我發(fā)現(xiàn)了一款實用的nmos管st2302，航模經(jīng)典驅(qū)動芯片，3.3v就可以驅(qū)動。所以按照網(wǎng)上的電路圖給焊接起來，發(fā)現(xiàn)確實管用。 3.6傳感器因為手上有激光頭和光敏電阻，所以選擇了激光頭打在光敏電阻上產(chǎn)生脈沖波，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。由邏輯器件產(chǎn)生電壓比較輸出脈沖波，由穩(wěn)壓二極管1n4733產(chǎn)生3.3v電壓，供單片機(jī)采集脈沖。 四軟件設(shè)計4.1pwm波生成 Pwm波由定時器2產(chǎn)生，初始化為1khz的spwm波，占空比設(shè)置為1/10.通過在程序中調(diào)節(jié)定時器相關(guān)寄存器值可以改變pwm波的占空比。
4.2lcd顯示 因為是用遙控控制lcd1602的翻頁和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，所以我選擇每1.4slcd屏幕上字幕刷新一次。如果刷新時間太短，紅外遙控可能無法工作。當(dāng)刷新時間太快時，字幕跳的太快會看不清字幕。
4.3脈沖捕獲 我采用的是stm8外部中斷源，當(dāng)pc1捕獲到上升沿時，改為下降沿捕獲，連續(xù)一次上升沿和一次下降沿為一個周期，通過定時器4算出10個周期內(nèi)時間，這樣算10次，去掉最高值和最低值，即為平均值。
4.4pid算法 因為pi,pk,pd均為float值，而系統(tǒng)時鐘只用16MHZ，用c語言編寫需要消耗上百條指令周期，所以我將pid算法放入定時器4運(yùn)算，每200ms運(yùn)算一次。
程序是我一個一個敲進(jìn)去的
#pragma vector=0x07 // 這里很關(guān)鍵！看下面說明。
__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)//對應(yīng)IAP的中斷地址：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;
}
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