智能巡线小车的多模式速度控制系统
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本设计中使用两片 ＭＣ３３８８６ 并联，一 方面 进 一 步减 小 导 通 电阻对电机特性的影响， 另一方面减小过流保护电路对电机启 动及制动时的影响。
３ 控制系统软件设计
ＨＣＳ１２ 单片 机 内置 ＰＷＭ 模 块， 在 程 序 中 只 需 调 用 相 关 函 数设定 ＰＷＭ 周期 和写 入 ＰＷＭ 占 空比 的 值，就可 以 产 生实 际 需 要的 ＰＷＭ 波。考虑到有多模式调节，对闭环控制的响应速度要 求不高，闭环控制采用 了 速 度单 闭 环 控制 和 位 置式 的 ＰＩ 控 制算 法，ＰＩ 运算的结果作为 ＰＷＭ 占空比的设定值。采用速度单闭环 控制既达到了多模式调节中闭环运行模式的效果， 同时也降低 了 系 统 设 计 的 复 杂 性 。 在 ＰＩ 控 制 算 法 中，Ｐ、Ｉ 参 数 整 定 的 比 较 弱，这样智能小车在过弯时的速度有一定的自然降落，可以防止 智 能小 车 脱 离轨 道 。控 制系 统 程 序主 要 采 用 Ｃ 语 言 编 写，ＰＩ 控 制算法程序流程图如图 ４。本文设计的多模式速度控制系统，可 以作为一个比较完整的模块调用， 这样很容易与路径检测系统 相结合，形成完整的具有自主巡线功能的智能小车。
控制系统 文章编号：１００８－ ０５７０（２００８）０７－ １－ ０００４－ ０２
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００８ 年 第 ２４ 卷 第 ７－１ 期
智能巡线小车的多模式速度控制系统
Ｍｕ ｌｔｉ Ｍｏ ｄ ｅ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ ｏ ｆ Ｓ ｍ ａ ｌｌ Ｉｎ ｔｅ ｌｌｉｇ ｅ ｎ ｔ Ｐａ ｔｒｏ ｌ Ｌｉｎ ｅ Ｖｅ ｈ ｉｃｌｅ
ｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｄｅａ
术 ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐａｔｒｏｌ ｌｉｎｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
１ 控制系统原理
多模式速度控制系统的速度模式有 ４ 种：１、开 环 加 速模 式 ２、反 接制 动 模 式 ３、能 耗 制 动模 式 ４、速 度闭 环 运 行模 式 。 系 统 模式通过速度测量值与给定值的偏差范围进行选择， 速度给定 值由前方传感器检测到的路径形状进行设定， 而偏差范围与模 式选择的关系根据电机自身的特性曲线和智能小车实际运行 情况进行设定。
（下转第 １６ 页）
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － ５ －
胡文华： 硕士研究生
速度控制系统的电源均由 一节 ７．２Ｖ 镍 镉 电池 提 供，控制 系 统 原 理图如图 １ 所示。系统中使用低差压稳压器 ＬＭ２９４０ 将 ７．２Ｖ 电 源变 为 ５Ｖ 稳压 电 源 输出，可 为 单片 机 、速 度 检 测 模 块 和 无 线 通 信模块等提供相应的电源， 也可减少电池电压不稳定给控制系 统各个部分带来的不良影响，保证了控制系统的稳定运行。
４ 总结
本文的创新点在于，设计的速度控制系统具有四种速度模 式：１、开环加速模式 ２、反接制动模式 ３、能耗制动模式 ４、速度 闭环运行模式。该多模式速度控制系统可以使智能小车在任 何两种速度模式之间进行快速的切换，同时保证智能小车仍能 很稳定地运行。该多模式速度控制系统适用于多种类型的智 能小车，可以使智能小车根据路面条件的变化，在速度调节上具 有更好的灵活性。 参考文献 ［１］何杜鹃．６ＲＡ２４ 直流调速器在轧钢厂中的运用［Ｊ］．微计算机信 息，２００５．８ ［２］李发海，王岩．电机与拖动基础［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９４ ［３］孙传友，孙晓斌．感测技术基础［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００１ ［４］邵贝贝．单片机嵌入式应用的在线开发方法［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００４ ［５］赖寿宏．微型计算机控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００
图 ４ ＰＩ 控制算法程序流程图 本 控 制 系 统 选 择 了 一 通 过 ＣＭＯＳ 摄 像 头 进 行 道 路 识 别 的 智 能 小车 进 行 实验，通 过 多 次 实 验 及 观 察 得 出：速 度 偏 差 在±５％ 以内智能小车运行 在 速 度闭 环 模 式， 小 于－ ５％切 换到 开 环 加速 模 式，大 于 ５％且 小 于 ６％切 换 到 能 耗 制 动 模 式，大 于 ６％切 换 到 反接制动模式， 这样可以使智能小车在不脱离轨道的情况下达 到较快的速度，具有较好的稳定性和快速跟随性能。
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｓｔｅａｄｉｅｒ ａｎｄ ｆａｓｔｅｒ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．
创 Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｉｎｇｌｅ－ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ； ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ； ｂｒ ａｋｅ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｆａｓｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒ ｅｓｐｏｎｓｅ
技
图 ２ 直流电机驱动电路
术
创
新
图 ３ 简化的 Ｈ 桥电路 ２．２ 速度检测模块 通过在电机驱动轴的齿轮上加装小型旋转编码器， 使旋转 编 码 器 齿 轮 与 电 机 驱 动 轴 的 齿 轮 进 行 啮 合 。这 样，就 可 通 过 实 验 测 定 每 个 脉 冲 对 应 的 智 能 小 车 运 行 的 距 离 ；同 时，可 设 定 一 个 合 适的定时中断作为脉冲采样周期， 根据每个采样周期内旋转编 码器的输出脉冲个数就可计算出智能小车的实际速度， 这样就 使脉冲个数和智能小车实际速度具有了明确的对应关系， 实际 操作、测量非常方便。在本设计中，选 用 了 ＯＭＲＯＮ Ｅ６Ａ２－ ＣＳ３Ｅ 旋转编码器，该编码器采用 ５ｖ 供电，单相输出，每圈输出 ６０ 个脉 冲，用在本系统中比较合适。在采样周期的选取中，考虑到脉冲 计数器所能允许的最大值及脉冲计数值要参与实际的运算，为 了避免数据溢出，采样周期不能选取过大。 ２．３ 无线通信模块 本系统中的无线通信模块是基 于 ｎＲＦ４０３ 的 无线 数 据 传输 模块，并在此基础上实现了 ＭＯＤＢＵＳ 通 信 协 议。该 模 块 在智 能 小 车 参 数 测 试 及 程 序 调 试 的 过 程 中 起 到 了 很 大 的 作 用 。在 智 能 小车运行的过程中， 可以通过下位机将与小车运行状态有关的 各 项参 数 发 送到 上 位 机， 并 可 通 过简 单 的 ＶＢ 程序 在 上 位机 上 显示出相应的状态曲线， 从而达到对智能小车的运行状态进行 实时监测的目的。在 ＰＩＤ 参数整定过程中，根据小车的实际运行 状态和 Ｐ、Ｉ、Ｄ 参数对控制系统的影响， 可以通过上位机来 改 变 下位机的 Ｐ、Ｉ、Ｄ 参数而不用重新烧写程序， 给系统的在线调 试 带来了很大的方便。
新 引言
目前， 设计出具有智能化的产品已经成为商家开发产品的 目 标 之 一，也 是 学 生 课 外 科 技 活 动 的 热 点 之 一 ；其 中 ，专 门 针 对 具 有自主巡线功能的智能小车的设计更是数不胜数， 但大多数智 能 巡线 小 车 只 是 完 成 了 “智 能 化 ”所 要 求 的 各 部 分 的 功 能，在 小 车 速 度 的 稳 定 性 和 快 速 性 上 考 虑 的 相 对 比 较 少 。本 文 主 要 针 对 具有自主巡线功能的智能小车， 设计出了一种多模式速度控制 系统，可以使智能小车具有较好的稳定性和快速跟随性。同时， 该速度控制系统的多模式设计思想也可以用在以其它系列单 片机为控制核心的智能模型车上。
多 模 式 速 度 控 制 系 统 由 ＨＣＳ１２ 单 片 机 、 直 流 电 机 驱 动 电 路 、直 流 电 机 、速 度 检 测 模 块 和 无 线 通 信 模 块 组 成 。单 片 机 产 生 的 ＰＷＭ 波 通 过 由 Ｈ 桥 组 成 的 驱 动 电 路 来 控 制 直 流 电 机 的 输 入电压大小， 速度检测模块通过旋转编码器把电机的转速转换 为单位时间内的脉冲个数， 无线通信模块实现对速度控制系统 相 关 参 数 的 实 时 监 测 与 调 整 ，主 要 用 于 系 统 的 调 试 和 开 发 。整 个
技 ｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ． Ａｎｄ ｆｏｕｒ ｓｐｅｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃ－
（四川大学） 胡 文 华 周 新 志
ＨＵ Ｗｅｎ－ｈｕａ ＺＨＯＵ Ｘｉｎ－ｚｈｉ
摘要：介 绍 了 基 于 Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＨＣＳ１２ 系 列 单 片 机 的 智 能 巡 线 小 车 多 模 式 速 度 控 制 系 统 的 设 计 方 案 。 该 速 度 控 制 系 统 主 要 由 直
流 电 机 驱 动 电 路 、速 度 检 测 模 块 和 无 线 通 信 模 块 构 成 ， 包 含 四 种 速 度 模 式 。 介 绍 了 速 度 控 制 系 统 的 总 体 结 构 ， 并 分 析 了 其 主 要 模 块 的 工 作 原 理 。介 绍 了 软 件 思 想 和 程 序 设 计 流 程 图 。实 验 结 果 表 明 ，该 多 模 式 速 度 控 制 系 统 保 证 了 智 能 巡 线 小 车 具 有 较
图 １ 控制系统原理图
２ 控制系统硬件设计
２．１ 直流电机驱动电路 系统 中 采用 的 直 流电 机 型 号为 ＲＳ—３８０Ｈ。直 流电 机 驱 动 采用飞思卡尔公司的 ５Ａ 集成 Ｈ 桥芯片 ＭＣ３３８８６。ＭＣ３３８８６ 芯 片内置了控制逻辑、电荷泵、门驱动电路以及低导通电阻的 ＭＯＳＦＥＴ 输 出 电 路，适 合 用 来控 制 感 性直 流 负 载，可 以 提 供 连 续 的 ５Ａ 电流，并且集成了过流保护、过热保护、欠压保护。直流电 机驱动电路如图 ２ 所示。 通过 控 制 ＭＣ３３８８６ 的 四 根 输 入 线 可 以 方 便 地 实 现 电 机 正 转、反 转 、能耗 制 动 及反 接 制 动。图 ３ 为 经 过简 化 的 Ｈ 桥电 路， 当 Ｓ１、Ｓ４ 导 通 且 Ｓ２、Ｓ３ 截 止 时 ，电 流 正 向 流 过 电 机 ，电 机 正 转 ； Ｓ２、Ｓ３ 导 通 Ｓ１、Ｓ４ 截止 时，电 流 反 向 流 过 电 机，适 当 利 用 这 个 过
－ ４ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
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控制系统
程 可 以 使 电 机 处 于 反 接 制 动 状 态，迅 速 降 低 电 机 速 度；当 Ｓ３、Ｓ４ 导通且 Ｓ１、Ｓ２ 截 止时，没 有 电源 加 在 电机 上，可 认为 电 机 一端 直 接与另一端连接在一起，此时电机处于能耗制动状态。
好的稳定性和快速跟随性。
关键词：单片机；多模式；制动；稳定性；快速跟随性
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２７３
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐａｔｒｏｌ ｌｉｎｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＨＣＳ１２ ｍｉ－
３ 控制系统软件设计
ＨＣＳ１２ 单片 机 内置 ＰＷＭ 模 块， 在 程 序 中 只 需 调 用 相 关 函 数设定 ＰＷＭ 周期 和写 入 ＰＷＭ 占 空比 的 值，就可 以 产 生实 际 需 要的 ＰＷＭ 波。考虑到有多模式调节，对闭环控制的响应速度要 求不高，闭环控制采用 了 速 度单 闭 环 控制 和 位 置式 的 ＰＩ 控 制算 法，ＰＩ 运算的结果作为 ＰＷＭ 占空比的设定值。采用速度单闭环 控制既达到了多模式调节中闭环运行模式的效果， 同时也降低 了 系 统 设 计 的 复 杂 性 。 在 ＰＩ 控 制 算 法 中，Ｐ、Ｉ 参 数 整 定 的 比 较 弱，这样智能小车在过弯时的速度有一定的自然降落，可以防止 智 能小 车 脱 离轨 道 。控 制系 统 程 序主 要 采 用 Ｃ 语 言 编 写，ＰＩ 控 制算法程序流程图如图 ４。本文设计的多模式速度控制系统，可 以作为一个比较完整的模块调用， 这样很容易与路径检测系统 相结合，形成完整的具有自主巡线功能的智能小车。
控制系统 文章编号：１００８－ ０５７０（２００８）０７－ １－ ０００４－ ０２
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００８ 年 第 ２４ 卷 第 ７－１ 期
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Ｍｕ ｌｔｉ Ｍｏ ｄ ｅ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ ｏ ｆ Ｓ ｍ ａ ｌｌ Ｉｎ ｔｅ ｌｌｉｇ ｅ ｎ ｔ Ｐａ ｔｒｏ ｌ Ｌｉｎ ｅ Ｖｅ ｈ ｉｃｌｅ
ｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｄｅａ
术 ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐａｔｒｏｌ ｌｉｎｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
１ 控制系统原理
多模式速度控制系统的速度模式有 ４ 种：１、开 环 加 速模 式 ２、反 接制 动 模 式 ３、能 耗 制 动模 式 ４、速 度闭 环 运 行模 式 。 系 统 模式通过速度测量值与给定值的偏差范围进行选择， 速度给定 值由前方传感器检测到的路径形状进行设定， 而偏差范围与模 式选择的关系根据电机自身的特性曲线和智能小车实际运行 情况进行设定。
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速度控制系统的电源均由 一节 ７．２Ｖ 镍 镉 电池 提 供，控制 系 统 原 理图如图 １ 所示。系统中使用低差压稳压器 ＬＭ２９４０ 将 ７．２Ｖ 电 源变 为 ５Ｖ 稳压 电 源 输出，可 为 单片 机 、速 度 检 测 模 块 和 无 线 通 信模块等提供相应的电源， 也可减少电池电压不稳定给控制系 统各个部分带来的不良影响，保证了控制系统的稳定运行。
４ 总结
本文的创新点在于，设计的速度控制系统具有四种速度模 式：１、开环加速模式 ２、反接制动模式 ３、能耗制动模式 ４、速度 闭环运行模式。该多模式速度控制系统可以使智能小车在任 何两种速度模式之间进行快速的切换，同时保证智能小车仍能 很稳定地运行。该多模式速度控制系统适用于多种类型的智 能小车，可以使智能小车根据路面条件的变化，在速度调节上具 有更好的灵活性。 参考文献 ［１］何杜鹃．６ＲＡ２４ 直流调速器在轧钢厂中的运用［Ｊ］．微计算机信 息，２００５．８ ［２］李发海，王岩．电机与拖动基础［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９４ ［３］孙传友，孙晓斌．感测技术基础［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００１ ［４］邵贝贝．单片机嵌入式应用的在线开发方法［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００４ ［５］赖寿宏．微型计算机控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００
图 ４ ＰＩ 控制算法程序流程图 本 控 制 系 统 选 择 了 一 通 过 ＣＭＯＳ 摄 像 头 进 行 道 路 识 别 的 智 能 小车 进 行 实验，通 过 多 次 实 验 及 观 察 得 出：速 度 偏 差 在±５％ 以内智能小车运行 在 速 度闭 环 模 式， 小 于－ ５％切 换到 开 环 加速 模 式，大 于 ５％且 小 于 ６％切 换 到 能 耗 制 动 模 式，大 于 ６％切 换 到 反接制动模式， 这样可以使智能小车在不脱离轨道的情况下达 到较快的速度，具有较好的稳定性和快速跟随性能。
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｓｔｅａｄｉｅｒ ａｎｄ ｆａｓｔｅｒ ｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ．
创 Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｉｎｇｌｅ－ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ； ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ； ｂｒ ａｋｅ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｆａｓｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒ ｅｓｐｏｎｓｅ
技
图 ２ 直流电机驱动电路
术
创
新
图 ３ 简化的 Ｈ 桥电路 ２．２ 速度检测模块 通过在电机驱动轴的齿轮上加装小型旋转编码器， 使旋转 编 码 器 齿 轮 与 电 机 驱 动 轴 的 齿 轮 进 行 啮 合 。这 样，就 可 通 过 实 验 测 定 每 个 脉 冲 对 应 的 智 能 小 车 运 行 的 距 离 ；同 时，可 设 定 一 个 合 适的定时中断作为脉冲采样周期， 根据每个采样周期内旋转编 码器的输出脉冲个数就可计算出智能小车的实际速度， 这样就 使脉冲个数和智能小车实际速度具有了明确的对应关系， 实际 操作、测量非常方便。在本设计中，选 用 了 ＯＭＲＯＮ Ｅ６Ａ２－ ＣＳ３Ｅ 旋转编码器，该编码器采用 ５ｖ 供电，单相输出，每圈输出 ６０ 个脉 冲，用在本系统中比较合适。在采样周期的选取中，考虑到脉冲 计数器所能允许的最大值及脉冲计数值要参与实际的运算，为 了避免数据溢出，采样周期不能选取过大。 ２．３ 无线通信模块 本系统中的无线通信模块是基 于 ｎＲＦ４０３ 的 无线 数 据 传输 模块，并在此基础上实现了 ＭＯＤＢＵＳ 通 信 协 议。该 模 块 在智 能 小 车 参 数 测 试 及 程 序 调 试 的 过 程 中 起 到 了 很 大 的 作 用 。在 智 能 小车运行的过程中， 可以通过下位机将与小车运行状态有关的 各 项参 数 发 送到 上 位 机， 并 可 通 过简 单 的 ＶＢ 程序 在 上 位机 上 显示出相应的状态曲线， 从而达到对智能小车的运行状态进行 实时监测的目的。在 ＰＩＤ 参数整定过程中，根据小车的实际运行 状态和 Ｐ、Ｉ、Ｄ 参数对控制系统的影响， 可以通过上位机来 改 变 下位机的 Ｐ、Ｉ、Ｄ 参数而不用重新烧写程序， 给系统的在线调 试 带来了很大的方便。
新 引言
目前， 设计出具有智能化的产品已经成为商家开发产品的 目 标 之 一，也 是 学 生 课 外 科 技 活 动 的 热 点 之 一 ；其 中 ，专 门 针 对 具 有自主巡线功能的智能小车的设计更是数不胜数， 但大多数智 能 巡线 小 车 只 是 完 成 了 “智 能 化 ”所 要 求 的 各 部 分 的 功 能，在 小 车 速 度 的 稳 定 性 和 快 速 性 上 考 虑 的 相 对 比 较 少 。本 文 主 要 针 对 具有自主巡线功能的智能小车， 设计出了一种多模式速度控制 系统，可以使智能小车具有较好的稳定性和快速跟随性。同时， 该速度控制系统的多模式设计思想也可以用在以其它系列单 片机为控制核心的智能模型车上。
多 模 式 速 度 控 制 系 统 由 ＨＣＳ１２ 单 片 机 、 直 流 电 机 驱 动 电 路 、直 流 电 机 、速 度 检 测 模 块 和 无 线 通 信 模 块 组 成 。单 片 机 产 生 的 ＰＷＭ 波 通 过 由 Ｈ 桥 组 成 的 驱 动 电 路 来 控 制 直 流 电 机 的 输 入电压大小， 速度检测模块通过旋转编码器把电机的转速转换 为单位时间内的脉冲个数， 无线通信模块实现对速度控制系统 相 关 参 数 的 实 时 监 测 与 调 整 ，主 要 用 于 系 统 的 调 试 和 开 发 。整 个
技 ｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ． Ａｎｄ ｆｏｕｒ ｓｐｅｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃ－
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流 电 机 驱 动 电 路 、速 度 检 测 模 块 和 无 线 通 信 模 块 构 成 ， 包 含 四 种 速 度 模 式 。 介 绍 了 速 度 控 制 系 统 的 总 体 结 构 ， 并 分 析 了 其 主 要 模 块 的 工 作 原 理 。介 绍 了 软 件 思 想 和 程 序 设 计 流 程 图 。实 验 结 果 表 明 ，该 多 模 式 速 度 控 制 系 统 保 证 了 智 能 巡 线 小 车 具 有 较
图 １ 控制系统原理图
２ 控制系统硬件设计
２．１ 直流电机驱动电路 系统 中 采用 的 直 流电 机 型 号为 ＲＳ—３８０Ｈ。直 流电 机 驱 动 采用飞思卡尔公司的 ５Ａ 集成 Ｈ 桥芯片 ＭＣ３３８８６。ＭＣ３３８８６ 芯 片内置了控制逻辑、电荷泵、门驱动电路以及低导通电阻的 ＭＯＳＦＥＴ 输 出 电 路，适 合 用 来控 制 感 性直 流 负 载，可 以 提 供 连 续 的 ５Ａ 电流，并且集成了过流保护、过热保护、欠压保护。直流电 机驱动电路如图 ２ 所示。 通过 控 制 ＭＣ３３８８６ 的 四 根 输 入 线 可 以 方 便 地 实 现 电 机 正 转、反 转 、能耗 制 动 及反 接 制 动。图 ３ 为 经 过简 化 的 Ｈ 桥电 路， 当 Ｓ１、Ｓ４ 导 通 且 Ｓ２、Ｓ３ 截 止 时 ，电 流 正 向 流 过 电 机 ，电 机 正 转 ； Ｓ２、Ｓ３ 导 通 Ｓ１、Ｓ４ 截止 时，电 流 反 向 流 过 电 机，适 当 利 用 这 个 过
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程 可 以 使 电 机 处 于 反 接 制 动 状 态，迅 速 降 低 电 机 速 度；当 Ｓ３、Ｓ４ 导通且 Ｓ１、Ｓ２ 截 止时，没 有 电源 加 在 电机 上，可 认为 电 机 一端 直 接与另一端连接在一起，此时电机处于能耗制动状态。
好的稳定性和快速跟随性。
关键词：单片机；多模式；制动；稳定性；快速跟随性
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２７３
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ ｍｏｄｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐａｔｒｏｌ ｌｉｎｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＨＣＳ１２ ｍｉ－