基于STC12C5A16S2單片機(jī)的PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1、控制科學(xué)與工程綜合技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)項(xiàng) 目：電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)姓 名： 學(xué) 號(hào)：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx系xxxx年xx月xx日1 概述（系統(tǒng)基本功能描述）本項(xiàng)目主要介紹一種單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，該項(xiàng)目可以根據(jù)用戶設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后由單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速在設(shè)定的范圍內(nèi)。該項(xiàng)目分為上位機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)和下位機(jī)的軟硬件實(shí)現(xiàn)，在上位機(jī)上可以設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速和PID控制中的參數(shù)，下位機(jī)實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速為設(shè)定值。2 總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以STC12C5A16S2單片機(jī)為核心，進(jìn)行PWM斬波控制，以實(shí)現(xiàn)普通直流電機(jī)按設(shè)定速度運(yùn)行。其中利用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)信號(hào)放大

2、和濾波電路，輸出到單片機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，達(dá)到上位機(jī)對(duì)直流電機(jī)設(shè)置的速度，并實(shí)時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。2.1 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)（分類細(xì)化系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)）此單片機(jī)的直流閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)需要具有以下功能：1.上位機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行串口通信；2.通過(guò)上位機(jī)對(duì)直流電機(jī)的參數(shù)（速度）和控制參數(shù)（比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)）設(shè)置；3.下位機(jī)能夠產(chǎn)生直流信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)；4.下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的速度控制；5.檢測(cè)電路對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)；6.實(shí)時(shí)在上位機(jī)顯示直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.2 系統(tǒng)構(gòu)成（盡量采取圖示描述）電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)及下位機(jī)構(gòu)成。上位機(jī)就是PC機(jī)，完成電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)速度設(shè)定和控制參數(shù)

3、的設(shè)定，實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。下位機(jī)由電源、檢測(cè)單元，控制單元以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)單元組成。如圖2-1所示。圖2-1 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3 主要設(shè)備及元器件選型（說(shuō)明選擇依據(jù)）電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)主要的設(shè)備及元器件：綜合訓(xùn)練1號(hào)電路板、STC12C5A60S2系列單片機(jī)、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、7805電壓轉(zhuǎn)換芯片、光電開(kāi)關(guān)、發(fā)光二極管、電阻、電容、串行通信線、普通直流電機(jī)。2.4 系統(tǒng)核心處理策略（控制算法、信號(hào)處理方法等）電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)采用自制光電傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋脈沖信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理獲得直流電機(jī)的實(shí)時(shí)速度，與給定速度比較得速度偏差e；速度偏差e，通過(guò)PID算法計(jì)算獲得所要求的PWM占空比

4、，形成PWM控制電壓驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至偏差e為0，實(shí)現(xiàn)普通直流電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。 在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，對(duì)直流電機(jī)的速度的控制采用了常用的PID控制算法，即比例、積分、微分算法。一個(gè)系統(tǒng)要正常工作，起碼的條件是要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即系統(tǒng)不產(chǎn)生持續(xù)的振蕩，甚至擴(kuò)散的振蕩。衡量一個(gè)系統(tǒng)的控制品質(zhì)還有其他一些指標(biāo)，分為穩(wěn)態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)兩大類。穩(wěn)態(tài)指標(biāo)最重要的是穩(wěn)態(tài)誤差，在本例中就是穩(wěn)態(tài)下的速度誤差。動(dòng)態(tài)指標(biāo)主要包括：調(diào)節(jié)時(shí)間，超調(diào)量和振蕩次數(shù)。PID控制中的每一項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生不同的影響。PID算法包括3項(xiàng)：比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。比例控制是根據(jù)被控制量(在本控制系統(tǒng)中是電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速)的

5、期望值與實(shí)測(cè)值之差(控制誤差)驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象(電機(jī))；積分控制是根據(jù)控制誤差的積分去驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象；微分控制是根據(jù)控制誤差的微分(在數(shù)字系統(tǒng)中就是差分)去驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。根據(jù)系統(tǒng)品質(zhì)要求，為上述3個(gè)控制項(xiàng)選擇合適的比例常數(shù)、和并把它們綜合起來(lái)，產(chǎn)生一個(gè)綜合的控制作用，就構(gòu)成了PID控制算法。在本系統(tǒng)中，我們將實(shí)際轉(zhuǎn)速值與預(yù)置轉(zhuǎn)速值比較，得出差值。單片機(jī)通過(guò)對(duì)該差值進(jìn)行PID運(yùn)算，得出控制量，再由單片機(jī)輸出控制參數(shù)，由PWM輸出電路改變電機(jī)兩端的有效電壓，最終達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。2.5 系統(tǒng)軟硬件功能劃分直流電機(jī)控制環(huán)節(jié)由轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)、單片機(jī)控制環(huán)節(jié)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及上位機(jī)軟件組成。其中轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和

6、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)屬于該系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)；而單片機(jī)控制環(huán)節(jié)和上位機(jī)軟件屬于該系統(tǒng)的軟件環(huán)節(jié)。下面對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件功能分別進(jìn)行表述。2.5.1 系統(tǒng)硬件功能電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的硬件功能主要有：電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)環(huán)節(jié)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)。電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)環(huán)節(jié)是目的是檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)是通過(guò)間接的方法獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速，它通過(guò)光電開(kāi)關(guān)的打開(kāi)與關(guān)閉這兩種狀態(tài)的交替次數(shù)計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)運(yùn)行。由電機(jī)檢測(cè)環(huán)節(jié)檢測(cè)到的上一時(shí)刻的速度，與設(shè)定值作比較，得出速度偏差e，單片機(jī)內(nèi)部對(duì)偏差信號(hào)e經(jīng)PID運(yùn)算后，輸出PWM

7、控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片L298N，根據(jù)PWM波形的占空比不同，施加在電機(jī)輸入端的電壓不同，從而達(dá)到對(duì)電機(jī)速度形成閉環(huán)控制。2.5.2 系統(tǒng)軟件功能電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的軟件分為上位機(jī)軟件與下位機(jī)軟件。上位機(jī)軟件主要完成向下位機(jī)設(shè)置電機(jī)的設(shè)定速度；設(shè)置PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd；顯示電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速并繪圖。其軟件流程圖如圖2-2所示，圖2-3是上位機(jī)串口中斷服務(wù)程序流程圖。圖2-2 上位機(jī)軟件流程圖圖2-3 上位機(jī)串口中斷程序流程圖下位機(jī)軟件主要完成讀入檢測(cè)電路輸入的脈沖個(gè)數(shù)，間接計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)PID算法計(jì)算出輸出的PWM波形的占空比，然后由PCA0模塊輸出PWM

8、波，這樣子就可以改變普通直流電機(jī)兩端的電壓，以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。其流程圖如圖2-4所示，圖2-5是下位機(jī)定時(shí)器中斷流程圖，圖2-6是下位機(jī)串口服務(wù)程序流程圖。圖2-4 下位機(jī)軟件流程圖圖2-5 下位機(jī)定時(shí)器中斷程序流程圖圖2-6 下位機(jī)串口中斷程序流程圖2.6 其他（人機(jī)交互、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等）上位機(jī)的界面是采用VC編寫(xiě)，主要完成的功能有：設(shè)置PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd；顯示電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速并繪圖。其截面圖如圖2-7所示。圖2-7 VC編寫(xiě)的上位機(jī)界面3 詳細(xì)設(shè)計(jì)直流電機(jī)控制環(huán)節(jié)由電源電壓轉(zhuǎn)換電路環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)、單片機(jī)控制環(huán)節(jié)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及上位機(jī)軟件組成。其中系

9、統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)有轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)；而系統(tǒng)的軟件環(huán)節(jié)有單片機(jī)控制環(huán)節(jié)和上位機(jī)軟件。下面對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)分別進(jìn)行介紹。3.1 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)首先要確定系統(tǒng)的輸入輸出的，然后進(jìn)行各個(gè)功能子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3.1.1 輸入與輸出（確定輸入、輸出性質(zhì)、數(shù)量和指標(biāo)要求）在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中首先確定系統(tǒng)的輸入與輸出。把該系統(tǒng)分為電源電壓轉(zhuǎn)換電路、最小系統(tǒng)電路（單片機(jī)控制系統(tǒng)）、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路這四個(gè)子系統(tǒng)。其各個(gè)子系統(tǒng)的輸入輸出變量如下表所示。輸入變量輸出變量電源電壓轉(zhuǎn)換電路12V5V最小系統(tǒng)（單片機(jī)控制部分）5V電源轉(zhuǎn)速檢測(cè)的脈沖信號(hào)PWM波形電壓信號(hào)串口輸入信號(hào)電機(jī)控

10、制的使能信號(hào)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路5V電源轉(zhuǎn)速檢測(cè)的脈沖信號(hào)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路12V電源PWM波形電壓信號(hào)電機(jī)電壓信號(hào)電機(jī)控制的使能信號(hào)表3-1 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的輸入輸出變量3.1.2 功能劃分（以框圖形式表示）硬件設(shè)計(jì)按功能劃分為四個(gè)部分：電源電壓轉(zhuǎn)換電路、最小系統(tǒng)電路（單片機(jī)控制系統(tǒng)）、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。如圖3-1所示。圖3-1 下位機(jī)功能劃分示意圖3.1.3 電源電壓轉(zhuǎn)換電路（元器件選型、硬件原理及功能描述）電源電壓轉(zhuǎn)換電路主要是為電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路提供+5V的電源，電壓轉(zhuǎn)換電路主要由LM7805電壓轉(zhuǎn)換芯片組成。此電路產(chǎn)生的+5V電源電壓穩(wěn)定，可靠性高。此電路還包括系統(tǒng)上電指示LED

11、，通過(guò)它可以很方便的判斷系統(tǒng)是否上電。圖3-2 電源電壓轉(zhuǎn)換電路3.1.4 最小系統(tǒng)電路（單片機(jī)控制系統(tǒng)）最小系統(tǒng)電路（如圖3-3所示）包括：STC12C5A08S2芯片、MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片、振蕩電路、電源單元、輸入輸出部分、通信電路及復(fù)位電路。芯片選擇宏晶所產(chǎn)的STC12C5A08S2型號(hào)的單片機(jī)，其功能齊全，性價(jià)比高，最重要的是，是在采用的是增強(qiáng)型51內(nèi)核，指令兼容51，而且有ISP下載功能，只需用串口通信電路就能下載程序，免去了編程器。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，將電腦用的RS-232串口電平和單片機(jī)的TTL電平相互轉(zhuǎn)化的。在最小系統(tǒng)電路

12、（如圖3-3所示）中，該最小系統(tǒng)集成直流電源模塊（采用USB供電，直流5V電源），USB模塊，串口通訊模塊，STC12C5A16S2單片機(jī)，22.1184MHz晶振時(shí)序模塊等。圖3-3 單片機(jī)最小控制系統(tǒng)3.1.5 電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路（如圖3-4所示）選擇價(jià)格便宜、功能單一的光電開(kāi)關(guān)（GK105A）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)。圖3-4所示電路中，R10起限流電阻的作用，當(dāng)有光直射回來(lái)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)中的三極管導(dǎo)通，R11的下端變?yōu)榈碗娖?；?dāng)沒(méi)有光直射回來(lái)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)中的三極管不導(dǎo)通，R11的下端為高電平。圖3-4 電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路3.1.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的組成如圖3-5所示，

13、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要由L298N驅(qū)動(dòng)芯片組成。圖3-5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路L298N是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用于連接標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載（諸如繼電器、線圈、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)）。L298N可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，但是在本設(shè)計(jì)中我們只用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)普通的直流電機(jī)。INPUT1輸入PWM波，INPUT2接低電平，使能端ENABLEA輸入高低電平，來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其控制邏輯表如下：ENAIN1IN2電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)HHH剎停LXX停止表3-2 L298N邏輯關(guān)系由表3-2可知EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電

14、機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。3.1.6 系統(tǒng)原理圖及元器件清單系統(tǒng)的原理圖就是由以上的電源電壓轉(zhuǎn)換電路、最小系統(tǒng)電路（單片機(jī)控制系統(tǒng)）、電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路這四部分組成，各個(gè)部分的原理圖見(jiàn)圖3-2到圖3-5所示。電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的元器件清單如下表3-3所示：表3-3 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的元器件清單3.2 軟件設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)顯示程序設(shè)計(jì)和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)。3.2.1 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)（以框圖形式表示，確定主程序框架）單片機(jī)控制軟件的功能主要有：?jiǎn)纹瑱C(jī)的初始化、計(jì)算電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、發(fā)送實(shí)時(shí)速度給上位機(jī)、根據(jù)PID參數(shù)

15、計(jì)算輸入信號(hào)的占空比、PCA0模塊輸出PWM波形、定時(shí)器中斷、PCA1模塊的捕獲電平上升沿中斷、串口中斷。其流程圖見(jiàn)圖3-4所示。圖3-4 單片機(jī)控制流程下位機(jī)軟件主要完成讀入檢測(cè)電路輸入的脈沖個(gè)數(shù)，間接計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)PID算法計(jì)算出輸出的PWM波形的占空比，然后由PCA0模塊輸出PWM波，這樣子就可以改變普通直流電機(jī)兩端的電壓，以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖3-5是下位機(jī)定時(shí)器中斷流程圖，圖3-6是PCA1模塊的捕獲電平上升沿中斷服務(wù)流程圖。圖3-7是下位機(jī)串口服務(wù)程序流程圖。圖3-5 下位機(jī)定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程圖圖3-6 PCA1模塊的捕獲電平上升沿中斷服務(wù)程序流程圖圖3-

16、7 下位機(jī)串口服務(wù)程序流程圖3.2.2 上位機(jī)顯示程序設(shè)計(jì)上位機(jī)的軟件流程有：初始化界面及其參數(shù)、設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速、設(shè)置PID參數(shù)、串口中斷。其流程如圖3-8所示。圖3-8 上位機(jī)軟件流程圖上位機(jī)的界面是用VC6.0編寫(xiě)的。界面如圖3-9所示。圖3-9 VC6.0編寫(xiě)的上位機(jī)界面上位機(jī)軟件主要完成向下位機(jī)設(shè)置電機(jī)的設(shè)定速度；設(shè)置PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd；顯示電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速并繪圖。圖3-10是上位機(jī)串口中斷服務(wù)程序流程圖。圖3-10 上位機(jī)串口中斷服務(wù)程序流程圖3.2.3 數(shù)據(jù)傳輸格式設(shè)計(jì)在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中涉及到上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)送設(shè)置的電機(jī)轉(zhuǎn)速、設(shè)置PID參數(shù)，下位機(jī)

17、要向上位機(jī)發(fā)送電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，這就要設(shè)計(jì)他們之間的數(shù)據(jù)傳輸格式。下位機(jī)通過(guò)串口向上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)只有電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，所以設(shè)計(jì)其格式為四個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包。其中第一個(gè)字節(jié)發(fā)送0xFF，數(shù)據(jù)發(fā)送的起始字節(jié)；第二位是電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的高位字節(jié)；第三位是電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的低位字節(jié)；第四位發(fā)送的數(shù)據(jù)是0x00，數(shù)據(jù)發(fā)送的終止字節(jié)。其結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。0xFF轉(zhuǎn)速的高字節(jié)轉(zhuǎn)速的低字節(jié)0x00圖3-11 下位機(jī)向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)格式上位機(jī)通過(guò)串口向下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)有：電機(jī)的啟動(dòng)、電機(jī)的停止、PID的比例系數(shù)Kp、PID的積分系數(shù)Ki、PID的微分系數(shù)Kd、設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所設(shè)計(jì)的發(fā)送數(shù)據(jù)包為五個(gè)字節(jié)，其中第一個(gè)字節(jié)是

18、數(shù)據(jù)的起始字節(jié)0xFF；第二個(gè)字節(jié)是所要設(shè)置數(shù)據(jù)的標(biāo)號(hào)（電機(jī)啟動(dòng)0x01，電機(jī)停止0x02，比例系數(shù)Kp0x03，積分系數(shù)Ki0x04，微分系數(shù)Kd0x05，電機(jī)的轉(zhuǎn)速0x06）；第三位是所要發(fā)送數(shù)據(jù)的高字節(jié)，第四位是數(shù)據(jù)的低字節(jié)；第五位是停止字節(jié)0x00。其結(jié)構(gòu)如圖3-12所示。0xFF數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)數(shù)據(jù)的高字節(jié)數(shù)據(jù)的低字節(jié)0x00圖3-12 上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)格式4 調(diào)試與測(cè)試在設(shè)計(jì)了電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的硬件和軟件之后，就可以編寫(xiě)軟件程序和焊接電路板。有了硬件電路板，就能夠進(jìn)行軟件調(diào)試。4.1 調(diào)試（主要控制參數(shù)或策略確定方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、出現(xiàn)問(wèn)題與解決方法）在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，PID的參數(shù)影

19、響著控制精度，對(duì)于該系統(tǒng)，我選擇的PID參數(shù)如下所示：PID算法中的參數(shù)Kp是誤差放大倍數(shù)，Kp加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減??；Kp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；Kp太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定；Kp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我的Kp選為15-30。Ki是調(diào)整控制精度的，Ki太小，系統(tǒng)超調(diào)量大，增大Ki可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。經(jīng)調(diào)試，Ki選為20左右。Kd可以改善動(dòng)態(tài)特性，Kd只有取得合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。本系統(tǒng)的Kd選為20左右。在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，遇到了許多的問(wèn)題，例如：（1）板子連接好后，單片機(jī)的輸出電平不一致，解決方法是將單

20、片機(jī)的地線和12V的外接電源的地線接到一起，達(dá)到公地的目的。（2）串口發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)的不一致，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之后，設(shè)置斷點(diǎn)，查看發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出現(xiàn)在自己設(shè)置的數(shù)據(jù)類上面，修改數(shù)據(jù)類型之后，串口發(fā)送數(shù)據(jù)正確。（3）還有就是協(xié)議的問(wèn)題，沒(méi)有設(shè)置好，導(dǎo)致發(fā)送的數(shù)據(jù)無(wú)法接收，最后完善自己以前的協(xié)議內(nèi)容，數(shù)據(jù)發(fā)送與接受正常，滿足自己的傳輸要求。4.2 測(cè)試（測(cè)試內(nèi)容及結(jié)果）在調(diào)試完程序之后，基本保證程序能夠正常的完成所要求的基本功能之后，然后將程序下載到單片機(jī)里，用串口和PC機(jī)相連，聯(lián)調(diào)程序?；旧夏軌蚴闺姍C(jī)的轉(zhuǎn)速在設(shè)定的范圍內(nèi)。在設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速在1300r/min時(shí)，控制效果如圖4-1所示。當(dāng)設(shè)置為2000r/min時(shí)，控制效果如圖4-2所示。當(dāng)設(shè)置為3000r/min時(shí)，控制效果如圖4-3所示。當(dāng)設(shè)置為4000r/min時(shí)，控制效果如圖4-4所示。當(dāng)設(shè)置為45000r/min時(shí)，控制效果如圖4-5所示。圖4-1 在設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速在1300r/min時(shí)，控制效果