某屏蔽門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25435某屏蔽門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 126194第1章總體設(shè)計(jì)思路 2230513.1功能描述 2303843.2工作模式 412351第2章硬件電路設(shè)計(jì) 5123642.1微控制器 5226352.2硬件電路 871482.2.1 控制芯片電路 8163142.2.2 電源電路 8254852.2.3 接口電路和下載電路 9316912.2.4 傳感器電路 9214052.2.5 三相全橋驅(qū)動(dòng)電路 11101022.2.6 整流電路 1190022.2.7隔離電路 11283542.2.8中斷電路和指示燈 128844第3章軟件設(shè)計(jì) 1329223.1開(kāi)發(fā)工具 13113423.2軟件流程 14160323.3子程序設(shè)計(jì) 1621084（2）防夾子程序 1731229（3）PWM控制信號(hào) 18209423.4PID控制算法 18145123.2.1PID控制概述 18270693.2.2電流環(huán)PI控制 20213583.5測(cè)試結(jié)果分析 21第1章總體設(shè)計(jì)思路本項(xiàng)目的屏蔽門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、傳感器檢測(cè)電路、無(wú)刷直流電機(jī)組成?？傮w電路選用紅外傳感器和微波傳感器檢測(cè)共同完成檢測(cè)，由于stm32在protues中存在兼容性等問(wèn)題開(kāi)發(fā)困難，單片機(jī)最終選用C51芯片輸出六路PWM控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路和三相全橋驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制無(wú)刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)調(diào)速。圖3-1總體設(shè)計(jì)框圖3.1功能描述列車(chē)進(jìn)站后在指定地區(qū)停穩(wěn)，邏輯單元接收到傳感器發(fā)出的開(kāi)門(mén)信號(hào)，判定信號(hào)是否有效。若有效則向門(mén)控單元發(fā)出開(kāi)門(mén)信號(hào)，電機(jī)正傳帶動(dòng)滑動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)至指定位置停止轉(zhuǎn)動(dòng)；若無(wú)效則控制器可能存在故障問(wèn)題需站臺(tái)工作人員或駕駛員對(duì)控制器進(jìn)行排查，同時(shí)切換人工操作。當(dāng)屏蔽門(mén)完全打開(kāi)到開(kāi)門(mén)位置時(shí)，開(kāi)門(mén)狀態(tài)指示燈保持常亮狀態(tài)，開(kāi)門(mén)流程圖如3-2所示。圖3-2開(kāi)門(mén)流程開(kāi)門(mén)狀態(tài)保持一定時(shí)間后，邏輯控制單元接收到列車(chē)將要離站時(shí)發(fā)出的關(guān)門(mén)信號(hào)，判斷關(guān)門(mén)信號(hào)是否有效，若有效則電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑動(dòng)門(mén)關(guān)門(mén)，至完全關(guān)閉；若無(wú)效則需站臺(tái)工作人員或駕駛員對(duì)站臺(tái)控制器進(jìn)行人工操作。關(guān)門(mén)時(shí)，門(mén)上狀態(tài)指示燈以固定頻率閃爍至滑動(dòng)門(mén)完全關(guān)閉熄滅。若關(guān)門(mén)時(shí)出現(xiàn)夾人現(xiàn)象或遇到障礙物不能正常關(guān)門(mén)，此時(shí)應(yīng)由站臺(tái)工作人員或駕駛員進(jìn)行手動(dòng)操作，避免事故發(fā)生。比如立即制動(dòng)電機(jī)，使其停止關(guān)門(mén)，或選擇從關(guān)門(mén)流程跳轉(zhuǎn)到開(kāi)門(mén)流程重啟滑動(dòng)門(mén)。關(guān)門(mén)流程圖如3-3所示。圖3-3關(guān)門(mén)流程3.2工作模式（1）開(kāi)門(mén)模式開(kāi)門(mén)信號(hào)有效時(shí)，屏蔽門(mén)迅速開(kāi)啟。關(guān)門(mén)模式關(guān)門(mén)信號(hào)有效時(shí)，滑動(dòng)門(mén)關(guān)閉，若有障礙物則停止運(yùn)轉(zhuǎn)。常開(kāi)模式開(kāi)門(mén)后，站在屏蔽門(mén)滑道上保持屏蔽門(mén)開(kāi)門(mén)，固定滑動(dòng)門(mén)。待機(jī)模式系統(tǒng)得到屏蔽門(mén)緊閉且鎖定的狀態(tài)信號(hào)后，傳感器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下次開(kāi)門(mén)信號(hào)再次啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。第2章硬件電路設(shè)計(jì)本項(xiàng)目以平移屏蔽門(mén)為主要研究對(duì)象，其硬件電路主要包括:控制器電路、傳感器電路、驅(qū)動(dòng)電路、隔離電路等。本章首先說(shuō)明微控制器的類型，接著分別介紹各模塊電路的結(jié)構(gòu)和功能。2.1微控制器嵌入式系統(tǒng)是軟硬件的結(jié)合體，是一種嵌入到對(duì)象體系中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它具有可裁剪性、強(qiáng)時(shí)效性、接口統(tǒng)一、操作方便、強(qiáng)穩(wěn)定性、固化代碼等特點(diǎn)。通常使用的處理器有微處理器、微控制器、數(shù)字型號(hào)處理器三種類型的芯片。本項(xiàng)目采用的C51是微控制器的一種。圖4-1嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖本項(xiàng)目采用AT89C51工藝單片機(jī)來(lái)處理告訴計(jì)算和快速的輸入輸出。它有4k字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)IO口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式。空閑方式體制CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器體制工作并禁止其他所有不見(jiàn)工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C51引腳功能Vcc:電源電壓。GNE：地線。PO口:PO口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向IO口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，PO口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（lIIL）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受低8位地址。P2口:P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（lIIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位四肢的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)，在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@Rl指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器(SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容)，在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和其他控制信號(hào)。P3口:P3是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IL）。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器(SFR）區(qū)中的8EH單元DO位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOV×和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。PSEN:程序存儲(chǔ)允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通型號(hào)，當(dāng)89C51由外部存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平(接地）。需注意的是:如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件使用12v編程電壓Vpp。XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見(jiàn)圖5。外接石英晶體或陶瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)電容C1、C2雖沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf±10Pf而如使用陶瓷諧振器建議選擇40Pf士10Pf。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端XTAL2則懸空。掉電模式：在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。推出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內(nèi)容，在Vcc恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無(wú)效，且必須保持一定時(shí)間以使振蕩器重啟動(dòng)并穩(wěn)定工作。89C51的程序存儲(chǔ)器陣列是采用字節(jié)寫(xiě)入方式編程的，每次寫(xiě)入一個(gè)字符，要對(duì)整個(gè)芯片的EPROM程序存儲(chǔ)器寫(xiě)入一個(gè)非空字節(jié)，必須使用片擦除的方法將整個(gè)存儲(chǔ)器的內(nèi)容清楚。2.2硬件電路2.2.1 控制芯片電路電路選用AT89C51作為控制芯片，外部連接晶振作為時(shí)鐘源。圖4-2AT89C51接線電路圖4-3晶振電路2.2.2 電源電路為使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要穩(wěn)定可靠的電源進(jìn)行供電。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)12V直流電源為整個(gè)系統(tǒng)供電。單片機(jī)所需5V電壓經(jīng)降壓電路提供，穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)中采用LM7805來(lái)輸出5V電壓，其可以提供的輸出電流超過(guò)500mA，散熱充分。圖4-45V穩(wěn)壓電路2.2.3 接口電路和下載電路I/O電路用來(lái)完成單片機(jī)和外部設(shè)備的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。開(kāi)發(fā)板上常用的接口有JTAG和USB。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的下載，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線等，需要用到USB轉(zhuǎn)串口芯片。圖4-5USB接口電路和串口下載電路2.2.4 傳感器電路為了實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行檢測(cè)需要用到傳感器。本項(xiàng)目采用紅外傳感器和微博雷達(dá)共同完成檢測(cè)。微波雷達(dá)能對(duì)移動(dòng)的物體進(jìn)行迅速反應(yīng)，在列車(chē)行駛高峰期有較好的適應(yīng)性，但微波雷達(dá)不能捕獲靜止的物體。此時(shí)用紅外傳感器進(jìn)行補(bǔ)償就可以彌補(bǔ)微波雷達(dá)的缺陷，只要在傳感器感知范圍內(nèi)存在紅外輻射，紅外傳感器就能迅速應(yīng)答。但相比于微波傳感器紅外傳感器的響應(yīng)速度較慢，可能會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)的無(wú)效等待時(shí)間。同時(shí)采用兩種傳感器，既保證了反應(yīng)速度，又避免了屏蔽門(mén)夾人夾物的情況發(fā)生。微波雷達(dá)采用主元器件是光耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。它通常將發(fā)光二極管和受光器封裝在同一個(gè)管殼下。發(fā)光二極管通電發(fā)出光線后，由受光器接受，再次轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，達(dá)成兩次光電信號(hào)轉(zhuǎn)化。它具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。在使用過(guò)程中能夠快速感應(yīng)到人的通過(guò),然而對(duì)于靜止的物體卻無(wú)法檢測(cè),可能會(huì)有夾人的危險(xiǎn)。圖4-6微波雷達(dá)電路紅外感應(yīng)電路既能夠感應(yīng)到移動(dòng)的物體也能夠感應(yīng)到靜止的物體，彌補(bǔ)了微波感應(yīng)電路的不足，而其缺點(diǎn)是反應(yīng)速度較微波感應(yīng)電路要慢。在紅外傳感器電路中，我使用了BISS0001芯片，這是一個(gè)用于傳感器信號(hào)處理的高性能集成電路。配備熱釋電紅外傳感器和少量外部元件構(gòu)成無(wú)源熱釋電紅外開(kāi)關(guān)，可用于自動(dòng)照明、報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)門(mén)等。圖4-7紅外傳感器電路2.2.5 三相全橋驅(qū)動(dòng)電路全橋電路中有六個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管控制輸出電壓，電路每次只有兩個(gè)管子導(dǎo)通，每過(guò)60°換向一次，利用MOS管的開(kāi)關(guān)特性，完成電機(jī)控制。由于控制要求的電機(jī)為220V。MOS場(chǎng)效應(yīng)管選用SMP60N06，其極限電壓為60V極限電流60A。圖4-8全橋驅(qū)動(dòng)電路2.2.6 整流電路對(duì)220V電源電壓進(jìn)行整流錄播后給無(wú)刷直流電機(jī)供電。圖4-9整流濾波電路2.2.7隔離電路要保證電路系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，除了對(duì)電路合理性設(shè)計(jì)要求，同時(shí)抗干擾設(shè)計(jì)也是系統(tǒng)穩(wěn)定的重要保證。由于電路系統(tǒng)工作環(huán)境的復(fù)雜性，來(lái)自環(huán)境的電磁干擾以及硬件本身存在的干擾，往往大大影響了系統(tǒng)的安全性。隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，各模塊可能出現(xiàn)測(cè)量誤差加大，系統(tǒng)程序可能出現(xiàn)死機(jī)等異常，最終造成巨大的損失。在復(fù)雜系統(tǒng)環(huán)境下，控制器電路系統(tǒng)的電流電壓信號(hào)容易受到其他因素的影響。來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部電磁信號(hào)互相干擾以及外部電磁信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的干擾、不合理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件的選型失當(dāng)、安裝制作誤差等因素，都有可能對(duì)系統(tǒng)造成影響。硬件可靠性設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)人員非常重視的方面。在弱電系統(tǒng)中，大量的設(shè)備相互連接，地作為系統(tǒng)基準(zhǔn)的地線為系統(tǒng)內(nèi)的各種設(shè)備提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)位點(diǎn)，又被稱為信號(hào)地。因?yàn)槟M電路有時(shí)會(huì)涉及微弱的信號(hào)，而數(shù)字電路抗干擾能力要強(qiáng)些，從而數(shù)字電路對(duì)電源的要求就比模擬電路低些。為此，在設(shè)計(jì)本電路系統(tǒng)時(shí)，為防止模擬電路和數(shù)字電路器件之間相互干擾造成誤差，分別將模擬地與數(shù)字地進(jìn)行隔開(kāi)，中間通過(guò)接零歐姆電阻進(jìn)行隔離防止干擾。電源作為整個(gè)電路系統(tǒng)的能量源頭，如果輸入端的引腳存在波紋或者有噪聲混進(jìn)來(lái)，必將通過(guò)線路傳遞耦合到負(fù)載從而產(chǎn)生干擾降低負(fù)載的工作效率。因此，在本電路系統(tǒng)各電源正負(fù)極之間增加適量的電解電容和小電容，這樣能夠起到濾波作用，減小電源噪聲，尤其是對(duì)高頻干擾信號(hào)有過(guò)濾作用。電機(jī)位置傳感器為霍爾元件，對(duì)其輸出信號(hào)在電路上進(jìn)行光電隔離。使單片機(jī)控制單元和電機(jī)僅保持信號(hào)聯(lián)系，而不發(fā)生直接電聯(lián)系。實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離，能夠有效抑制噪聲干擾。圖4-10光電隔離電路2.2.8中斷電路和指示燈異常情況能進(jìn)行緊急處理:例如出現(xiàn)夾人夾物等無(wú)法正常關(guān)門(mén)的情況，可以進(jìn)行手動(dòng)操作，來(lái)避險(xiǎn)更危險(xiǎn)情況的發(fā)生，等待維修人員的處理。通過(guò)中斷電路SI2來(lái)停止系統(tǒng)運(yùn)行。圖4-11中斷電路圖4-12電源指示燈圖4-13傳感器指示燈軟件設(shè)計(jì)本項(xiàng)目軟件部分由KEIL、proteus進(jìn)行開(kāi)發(fā)，本章從軟件流程圖設(shè)計(jì)、相關(guān)程序及模糊PID算法的實(shí)現(xiàn)幾個(gè)方面進(jìn)行論述。3.1開(kāi)發(fā)工具KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，運(yùn)行該軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。它有很多個(gè)版本，本文探究的是采為單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真，uVision4中包含了源程序文件編輯器以及項(xiàng)目管理器和源程序調(diào)試器等。其具有強(qiáng)大的管理功能，包含有一個(gè)器件數(shù)據(jù)庫(kù)?？梢赃M(jìn)行軟件仿真，也可以利用硬件仿真器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。Protcus軟件是由英國(guó)LabcenterElectronics公司于1989年推出。Proteus最具特色的功能:①它既能實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電路及數(shù)/模混合電路的設(shè)計(jì)與仿真:②可以提供相應(yīng)的軟、硬件設(shè)計(jì)和虛擬仿真給單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。Proteus支持目前各種流行的單片機(jī)機(jī)型以及嵌入式微處理器ARM7的仿真，并且提供了功能強(qiáng)大的軟硬件調(diào)試手段給單片機(jī)系統(tǒng)的虛擬仿真利用單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程是:①利用Proteus軟件提供的各種功能，將設(shè)計(jì)好的硬件電路圖畫(huà)出來(lái);②利用KeiluVision4集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，并采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)。再編譯鏈接后生成一個(gè)HEX文件:③將這個(gè)HEX文件加載到Proteus設(shè)計(jì)的硬件電路中的芯片中進(jìn)行仿真以及調(diào)試。觀察仿真后的結(jié)果，如果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，再反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，直至調(diào)試成功，達(dá)到預(yù)期的效果為止，再根據(jù)仿真的電路圖進(jìn)行實(shí)物的搭接，最終完成實(shí)物的制作。3.2軟件流程圖5-1軟件流程圖上圖為系統(tǒng)總流程圖，首先打開(kāi)電源系統(tǒng)初始化以及或紅外傳感器和微波雷達(dá)的初始化。然后傳感器以每2ms一次的頻率進(jìn)行車(chē)輛檢測(cè)。車(chē)輛行駛到站后，單片機(jī)輸出6路PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑動(dòng)門(mén)開(kāi)門(mén)。此過(guò)程為PID調(diào)節(jié)，為了快速完成開(kāi)門(mén)動(dòng)作，剛開(kāi)門(mén)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較快。當(dāng)滑動(dòng)門(mén)將要到達(dá)指定開(kāi)門(mén)位置時(shí)電機(jī)放慢轉(zhuǎn)速，保證穩(wěn)定開(kāi)門(mén)。之后啟動(dòng)定時(shí)器等待乘客上下車(chē)，檢測(cè)車(chē)輛關(guān)門(mén)信號(hào)啟動(dòng)關(guān)門(mén)，若沒(méi)有檢測(cè)到關(guān)門(mén)信號(hào)則繼續(xù)等待。關(guān)門(mén)時(shí)電機(jī)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)同開(kāi)門(mén)相同，為保證關(guān)門(mén)迅速且平穩(wěn)，PWM輸出信號(hào)由快到慢。最后電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)等待下一次開(kāi)門(mén)信號(hào)的產(chǎn)生。3.3子程序設(shè)計(jì)（1）自學(xué)子程序屏蔽門(mén)系統(tǒng)往往有多個(gè)門(mén)控單元，而每個(gè)門(mén)控單元間由于工藝原因每扇門(mén)的行程和摩擦力等都會(huì)有所差異，同時(shí)不同線路的門(mén)寬也有差異，這對(duì)于屏蔽門(mén)的開(kāi)關(guān)到位有至關(guān)重要的作用。通過(guò)自學(xué)子程序使每個(gè)屏蔽門(mén)安裝完成后，系統(tǒng)可以自學(xué)計(jì)算出每扇門(mén)所需的行程參數(shù)。圖5-2自學(xué)流程圖防夾子程序防夾檢測(cè)主要應(yīng)用于屏蔽門(mén)的關(guān)門(mén)過(guò)程，驅(qū)動(dòng)器除了其他保護(hù)功能以外，最為重要的一個(gè)功能是能在任意關(guān)門(mén)過(guò)程中檢測(cè)障礙物，當(dāng)異物阻礙門(mén)的正常運(yùn)行時(shí)，門(mén)控器能迅速識(shí)別到障礙信號(hào)，此時(shí)門(mén)立即反轉(zhuǎn)保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)并將此事件記錄保存。圖5-3防夾流程圖PWM控制信號(hào)設(shè)計(jì)中選用的是C51為控制芯片，考慮其處理速度問(wèn)題，對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的無(wú)刷直流單機(jī)產(chǎn)生的位置信號(hào)無(wú)法快速應(yīng)答，在程序中用列表的方式幫助單片機(jī)完成處理。表5-1電機(jī)正傳時(shí)霍爾信號(hào)與PWM控制信號(hào)對(duì)照表電機(jī)位置傳感器輸出信號(hào)六路控制信號(hào)HAHBHCAHALBHBLCHCL0010001000100000100110000101000000011011000001100100003.4PID控制算法3.2.1PID控制概述PID（proportionintegrationdifferentiation）既指比例、積分、微分控制。PID控制被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化甚至航空航天領(lǐng)域。即使是各種智能控制算法百花齊放的今天，PID控制算法由于具有良好的穩(wěn)定性和可靠性以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，其在控制算法中依然占有重要地位。圖5-4PID控制一般形式PID數(shù)學(xué)模型如下：(5-1)其中Kp是比例系數(shù)，Ti是積分時(shí)間系數(shù)，Td是微分時(shí)間系數(shù)。比例控制比例控制根據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生作用來(lái)減小偏差，較大的比例作用可以加快調(diào)節(jié)速度，迅速減小偏差，但卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。同時(shí)會(huì)使系統(tǒng)容易發(fā)成振蕩導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例控制數(shù)學(xué)表達(dá)式：(5-2)積分控制只要誤差存在，積分作用就會(huì)隨著時(shí)間變化將誤差數(shù)值進(jìn)行積累，將小偏差累積放大，從而輸出足夠的控制量來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分參數(shù)越大積分作用越弱消除誤差所需要的的時(shí)間就越長(zhǎng)，反之積分參數(shù)越小積分作用越強(qiáng)但是缺會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)較大的超調(diào)量。積分控制數(shù)學(xué)表達(dá)式：(5-3)微分作用微分控制增大系統(tǒng)阻尼，減少系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，但不能改變系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和自然頻率，改善系統(tǒng)的