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摘 要农业机械化，使机械装置代替了人的劳动，把人从繁重的体力劳动中解脱出来，极大的推动了农业生产的发展。进入21世纪，信息技术、传感器技术、控制技术、网络技术等的发展，将农业生产带入了自动化发展时代。本文介绍的是用一台25W的直流电动机，16F873A单片机构成的数字化直流调速系统。目的在于通过单片机控制电机的转向及转速单元，实现插秧机自动导航功能的操作。同时辅助同组同学设计了微电机控制电路，实现其对编码器转角的测量。本控制单元通过PWM模式的编程及调试，最后通过实验测得最佳的输出电压，确定其速度，保证自动导航系统的稳定工作。关键词： 单片机 自动导航 电机控制 PWM模式ABSTRACTMechanization of farming makes the mechanical equipments instead of the labor and frees the human beings out of the heavy work, which improve the blooming of the agriculture production. Stepping into the 21st century, the developments of information technology, the sensor technology, control technology, network technology bring the agriculture production into the Age of automatic development. This article introduces the continuous current electromotor with 25w and the digital speed control system made up by 16F873A SCM. The purpose of this machine is making the operating of Automatic navigation in transplanter come true. And after combining with the auxiliary control circuit designed by the group mate, the measure from the electromotor to the angle of encoder can be realized. This control unit via the programming and debugging of the mode of PWM and ensures the speed by examine the best output voltage it can be done after many experiments, so that we can guarantee the stability working of automatic navigation system.key words： SCM， automatic navigation，the control of electromotor ，the mode of PWM目 录摘 要2ABSTRACT3第一章 引言51.1选题背景51.1.1农业背景51.1.2 农机自动导航研究现状61.2 设计目标和意义131.2.1 设计目标131.2.2 设计意义131.3 设计内容13第二章 插秧机导航控制单元系统设计142.1 框图142.2 程序步骤及实现142.2 程序步骤及实现152.2.1 中断程序152.2.2 初始化程序162.2.3 循环程序172.2.4 子程序18第三章 测控单元硬件电路及软件设计213.1 主电路213.2直流电机转向控制模块223.2.1 实验方案223.2.2 所用芯片及其模块概述223.3 油门刹车控制323.4 微电机控制333.4.1 控制电机电路图333.4.2 各部件参数333.4.3 控制程序35第四章 实 验364.1 实验原理364.2 实验程序37结束语39参考文献40致 谢44附 录45附录一：实验电机的运转状况45附录二：实验结果的处理50第一章 引言1.1选题背景1.1.1农业背景农业生产是人类社会存在和发展的基础，为了不断提高生产效率，改善农业生产环境，人类从诞生之日起，对农业生产方式的研究就从来没有停止过。农业机械化，使机械装置代替了人的劳动，把人从繁重的体力劳动中解脱出来，极大的推动了农业生产的发展。进入21世纪，信息技术、传感器技术、控制技术、网络技术等的发展，将农业生产带入了自动化发展时代 1。农用车辆自动导航技术作为农业生产自动化、智能化的一项重要内容，逐渐受到人们的重视。早在上世纪20年代，就出现一种能够沿着犁沟自动行驶的拖拉机；到了40年代，出现了能够在缆绳引导下在田间做圆周运动的自动行驶拖拉机。70年代，人们又通过在田间铺设电缆来引导拖拉机自动行驶；80年代，诞生了基于图像传感器的自动引导车辆，随后又出现了基于GPS、多传感器融合等多种导航方式的自动行驶车辆 2，农业自动导航控制技术的研究不断取得重大进展。该项技术的应用把驾驶员从频繁的方向操作中解脱出来，实现车辆的无人驾驶，让机器代替人在户外工作，或进行如喷洒农药等对人体有害的操作，极大的改善了工作环境。进入90年代，精细农业的问世，又为农用车辆自动导航提出了新的要求。精细农业将遥感地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高科技与地理学、农业、生态学、植物生理学、土壤等基础学科有机结合，实现在农业生产过程中对农作物、土地、土壤从宏观到微观的实时监控，以实现对作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策制定实施计划，并在全球定位系统GPS与GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化农业 35。精细农业技术的应用，可以在很大程度上提高作业精度，减少重复作业，节约能源，保护环境，维持农业生产的可持续发展。由于精细农业是建立在“空间差异”数据采集与实时处理的信息化技术上，需要精确的位置信息和环境信息，这就为自动导航控制技术提供了广阔的发展前景。1.1.2 农机自动导航研究现状国外对农用车辆自动导航控制技术的研究相对较早，美国、日本和欧洲一些国家在导航定位，导航控制等方面都有较为深入的研究，国内对该项技术的研究则相对落后，还处于初期研究阶段 614。车辆自动导航主要是通过传感器对车辆自身位姿信息进行检测，进而根据检测获得的信息自主的进行控制决策，并通过转向控制使车辆沿规划路径自动行驶来实现的 15。问题的关键就在于车辆位姿信息的获取和车辆方向控制。1.1.2.1 农用车辆导航定位技术研究现状根据导航系统中使用传感器的不同，农用车辆导航定位方法主要有视觉导航、激光导航、GPS导航、电磁诱导导航、机械触觉导航、多传感器融合、惯性导航、超声波、声纳导航等 16,17。1.1.2.1.1 视觉导航视觉导航是指机器人通过CCD摄像机对周围环境进行实时探测，并对获得的图像信息进行分析处理，做出行动路径规划，在无人干涉的情况下，自动移动到预定的目标。农业移动机器人视觉导航方式中，一种比较简单的方法是，基于视觉距离检测技术的导航方式。在地面上人为的敷设标记线，机器人通过两只视觉传感器在行走过程中不断检测相对于标记线的距离，通过方向控制，使机器人与标记线的距离偏差最小，从而达到自动导航的目的。这种方法具有路径标记简单，可靠，成本低，柔性好，图象处理易于实现的优点，但同时对机器人作业环境有很高要求，所以一般用于地面条件良好的温室内。另一种方法是基于田间作物空间排列特征的导航方式。机器人根据田间作物的图象，利用一定的算法，提取图像边缘信息，判断作物排列行与机器人的相对位置，进而规划出移动基准线，实现自动导航。图像边缘信息的提取，一般都是根据景物明暗，亮度，颜色等的变化实现的，但是由于田间景物图像受光照条件，摄取角度，距离等因素的影响，加之图像中的田埂，农作物等物体大部分失去了细节轮廓特征，边缘并不理想，所以很难得到准确的轮廓边缘。但是研究人员发现，图像中不同区域的纹理存在着较大差异，根据这一现象，应用纹理分析方法，可以从农田景物纹理差异中提取边缘信息。另外，利用小波变换这种新的数学分析方法对图像进行分析处理，能够得到图像信号的时域和频域信息，从而对图像不同结构边界的性质进行定量描述。因此，能十分有效地对农田图像各种边缘进行检测定位，近年来在图像处理中应用较多。视觉导航易受外界光线影响，对图像处理算法和处理速度的要求较高，但是视觉导航具有信息探测范围宽，目标信息完整等优点。一些新的图像算法的提出和高速图像采集设备的不断引入，以及成本上较之GPS导航的优势，使得视觉导航成为国内外研究最多的一种导航方式，可以将其广泛应用与农药喷洒，耕作，收获机器人的导航系统中 1827。周俊对农用轮式移动机器人导航跟踪路径的视觉检测方法进行了探讨，利用Hough变换把图像空间里的直线映射成导航参数空间中的点，获取导航参数。将基于横向偏差，航向偏差及前轮转角的三个轮式移动机器人运动状态分量,运用直接状态反馈的方法进行了导航控制 28。赵颖对农业自主行走机器人视觉导航技术进行了研究，提出了基于扫描线上像素分布的条带状目标对象图像分割方法，并对传统Hough变换进行了改进，提出基于一点的改进Hough变换算法，在保留Hough变换抗干扰能力强优点的基础上，简化了计算过程，极大的提高了处理速度 29。1.12.1.2 激光导航激光导航是根据激光三角测距原理，测量出周边环境与传感器之间的距离信息，进行路径规划，进而实现自动导航的。Chateau等人在联合收割机上安装激光传感器，根据已收和未收谷物与传感器距离的不同，得到未收谷物边缘信息，实现联合收割机的自动导航 30。Oscar等利用二维激光扫描器获得的距离信息，计算出传感器距离两边果树行的最短距离，规划出移动基准线，通过方向控制，使拖拉机沿着道路中心线自动行驶 31。激光导航不受光线影响，且激光光束集中，平行性好，散射小，测距方向分辨率高，将其与视觉导航相结合，可以弥补视觉导航在夜间或光线不足时进行谷物收获中的不足。但是激光导航受环境因素干扰比较大，如灰尘，雾等的影响，会使测量距离发生较大误差。因此，对采集到的信号进行去噪及消除灰尘，雾等的影响，也是激光导航需要解决的主要问题。1.1.2.1.3 GPS导航GPS全球定位系统是利用环绕地球的24颗卫星，准确计算使用者所在位置的庞大卫星网络定位系统。每颗卫星连续的向地面发射一定频率的无线电信号，机器人在地球的任意点均能接收到至少4颗卫星发射来的信号，对这些信号进行分析计算，就能确定机器人的绝对位置坐标，如果对该位置坐标的田间作物信息进行采集，又可为精细农业研究提供可靠的数据信息，因此，这是一种全天候，实时性的导航定位系统 32。GPS主要分为两类，DGPS（差分GPS定位技术）和RTK-GPS（实时动态GPS定位技术），可根据精度需要选择合适的GPS 3335。在移动导航中，GPS定位精度受到卫星信号状况和道路环境的影响，如温室大蓬，树冠对信号的阻挡等，同时还受到时钟误差，传播误差，接受机噪声等诸多因素的影响。因此单纯利用GPS导航存在定位精度比较低，可靠性不高的问题，所以在机器人导航中通常还辅以磁罗盘，FOG(光纤陀螺仪)等传感器，或者与其它到导航方式相结合来提高定位精度。GPS导航的另一不足是，需要在环境已知的情况下，花时间预先输入车辆跟踪路线。同时由于GPS导航系统的成本较高，使得其在农业工程中的应用受到一定限制。1.1.2.1.4 电磁诱导导航电磁诱导导航，是指机器人以铺设在作业路径上的感应电缆为引导线，在无人干涉的情况下，沿着引导线自动行走的一种导航方式。其工作原理是：在地下或高空中沿着作业路径铺设感应电缆，并通以高频交变信号电流，机器人通过电磁感应传感器，感测电磁信号，其接收到的电磁信号强弱可以反映机器人偏离引导线的程度，机器人根据这种变化来调节行走路线，实现自动导航。日本的Tosika等人研制了果树喷雾机器人，由埋设在地下30cm处的电缆诱导，利用模糊控制算法完成自动导航。宋健等人研制了一种自动电磁诱导式喷雾机器人，机器人行走轨迹的诱导信号由埋设在田间的通有高频电流的导线产生，利用一对电磁感应传感器的信号电压差判断机器人位置，然后利用左右轮转速差调整机器人转向，使机器人沿导线自动行走。该机器人直线位置误差仅为1cm，转弯半径0.5m时的导航精度为2.5cm 36。电磁诱导导航，不必进行复杂数据运算，容易实现，导航精度高，但是需要提前铺设电缆，且在大型农田中应用的成本太大，所以比较适合小范围内田间操作的应用。1.1.2.1.5 机器触觉导航机械触觉是一种相对位置传感器，它可以提供车辆与接触物之间的相对位置关系，机器人通过对相对位置变化进行检测，实现自动导航。德国的KTBL开发了一种旋耕机器人，通过传感器与垄的接触，可以使拖拉机沿着垄的一侧自动行驶。德国研制的Claas自动驾驶仪系统，可以跟踪能形成固体引导线的作物行（如玉米，谷物行等），进行田间作业。何卿设计了一种由半椭圆形触杆构成的机械式导航传感器，并将其与电子罗盘，里程计相组合，综合利用机械式导航和罗盘导航的优势，开发出多传感器融合导航控制算法，弥补了机械式导航在秸秆缺失情况下丢失信号的缺陷，以及罗盘定位在长距离导航中积累误差的缺陷。在拖拉机转向控制部分，采用带非线性补偿的PID控制，实现了拖拉机在田间秸秆复杂排列环境中的自动导航 37。这种导航方式的不足是传感器对作物之间的距离，作物连续性有一定要求。作物间距过大，作物局部缺失，均会导致检测信号不连续。因此只适合于部分农作物的田间操作。1.1.2.1.6 无传感器导航无传感器导航能够充分利用地理环境对车辆实现自动导航。日本爱媛大学研制了一种不用传感器导航的自校正运输车，该运输车可以在两条相距一定距离的地垄中间直线行走。这种导航方式不用传感器，利用机械装置实现方向的自动调节，但是，却需要专门的地垄作为轨道，灵活性差。荷兰农业环境工程研究所（MAG）研制了一种温室黄瓜收获机器人，同样不用传感器导航，而是以温室内的加热管道作物轨道，合理的利用了周围的环境条件。该机器人可以以0.8m/s的速度在两条平行的加热管道上自由行驶 38。1.1.2.1.7 多传感器融合由于农业生产环境的复杂性，易变性，以及恶劣的开放式结构，单一传感器很难胜任导航作业。同时，传感器本身存在的一些不足，使得导航系统的稳定性和精度受到很大影响。这就需要将一些传感器结合起来使用，利用多传感器融合技术，将各传感器产生的信息进行综合，获取合适的导航信息。多传感器融合技术，是指利用多个传感器共同工作，得到描述同一环境特征的冗余或互补信息，再运用一定的算法进行分析，综合和平衡，最后取得环境特征较为准确可靠的描述信息。为了减少数据的计算量，在具体问题中，往往不是对所有的传感器信息进行融合，而是采用传感器分组方法，针对不同的行动激活不同的分组，或者对不同复杂程度的地形激活不同数量的传感器来探测，这样可以减少融合过程中的计算量。多传感器融合技术的研究主要是集中在信息融合算法的研究上。近年来人们已经提出多种传感器信息融合算法，比较有代表性的有人工神经网络、模糊逻辑法、加权平均法、卡尔曼滤波、贝叶斯估值、D-S证据推理、统计决策理论等。而农业工程中则以卡尔曼滤波和模糊逻辑法最为常用。1.1.2.1.8 惯性导航惯性导航系统是利用车辆内部信息，通过惯性传感器，如陀螺仪、加速度计、转角传感器等对车辆位姿信息进行推算的一种导航方式。于海业开发的惯性导航系统，采用压电式陀螺仪角速度计检测行走车的角速度，采用雷达式速度计检测行走车的行走速度，根据角速度及速度计算出行走车的位置和方位。并充分考虑车辆纵摇和横摇的影响，使用三个角速度计构成相互垂直的直角坐标系，依此对角速度进行修正。通过车辆运动学模型建立了车辆行走控制模型，用伺服油缸控制拖拉机的转向机构，实现了拖拉机的自动引导行走 39。此种导航方式所产生的导航信息连续性好、噪声低、不易受外界电磁干扰的影响，短期精度和稳定性好。但是系统存在累积误差，定位精度随时间增长而降低。如果将其与GPS和视觉导航配合使用，则可以在视觉导航系统和GPS导航系统存在信息缺失及信号不稳定等情况下，弥补其不足，保证对机器人的有效控制。农用车辆自动导航控制系统中，除上述各导航方式以外，其它一些导航方式如超声波、红外、声纳导航等也有一定应用，主要与其它导航方式相结合，以提高导航系统的准确性和可靠性 40。1.12.2 农用车辆导航控制研究现状对于车辆转向控制的研究，则主要集中在导航控制器的设计上。控制器是将路径偏差信号转变为车辆操作机构动作的中间环节。目前，农业车辆导航控制器设计所使用的方法主要包括：基于PID控制的方法、基于动力学模型的控制方法、基于运动学模型的控制方法、基于模糊控制的方法、基于神经网络控制的方法等。PID控制算法是工程界中最常用的控制算法，由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制。张智刚以日本久保田插秧机为研究对象，提出了基于速度的自适应PID控制方法，通过仿真和试验对车辆转向控制进行了研究，结果表明，航向跟踪控制效果好，为进一步展开研究提供了依据 41。Benson在建立以机器视觉为基础的小型谷物联合收割机导航系统时，利用PID控制器将导航信号转变为车轮转角，取得了较好的控制效果42。基于动力学的控制方法充分考虑车辆的动力学性能，将车辆的转向受力、转向负载、质量等考虑在内建立车辆动力学模型，而基于运动学模型的控制方法，可以不考虑车辆在运动中的受力和侧滑等复杂问题，用简单的运动学模型描述车辆的运动状况。陈军利用车辆运动学模型建立车辆运动状态方程，在对状态方程进行线性化的基础上，设计了车辆沿生成轨道引导行走的负反馈控制器。Noguchi将RTK-GPS、机器视觉传感器和地磁传感器检测的拖拉机位置信息进行融合，得到拖拉机自动行驶过程中的位置误差和方向角误差，同时建立了拖拉机转向运动学模型，利用该模型建立了带反馈的控制器，实现了拖拉机的田间自动行走 43。神经网络控制和模糊控制能模拟人的智能行为，不需要精确的数学模型，能够解决许多不确定的，非线性的自动化问题，因此被引入到车辆自动导航控制中来4448。Nuguchi应用神经网络和遗传算法建立了具有自学习能力的农用车辆控制系统，车辆运动模型被认为是一个非线形系统，采用5-5-5-3的网络结构，根据不同的约束条件进行导航路线的优化。对于在平坦路面上行驶的农用车辆，该模型具有很好的控制效果 49。Seong In Cho等将模糊控制技术应用在果树喷雾机器人的自动导航系统中，通过DGPS获取机器人的航向角，根据超声波检测机器人与障碍物间的距离，把航向角和距离值作为模糊控制器的输入量，输出量则为液压油缸的移动方向和动作时间。同时应用遗传算法对控制器进行优化，实现了喷雾机器人的运动控制，实验表明，机器人运动的横向偏差在0.5m以内 50。Zhu Zhongxiang等利用车辆的神经网络模型，把模糊逻辑控制引入到坡地的拖拉机直线导航研究中。所设计的模糊控制器分为两层，上层利用地面坡度和拖拉机姿势信息确定下层程序类型，下层利用横向偏移量和方向角偏差得到最优的转角变化值。1.12.3 农用车辆转向控制研究现状车辆方向的改变是通过转向机构来实现的，目前主要采用电机和液压机构两种方式对车辆转向进行控制。用直流电机来控制车辆转向，可以很好满足车辆控制的实时性和准确性要求；现代农业车辆大多数都采用液压操作系统，将原有液压系统进行改造，引入到车辆转向机构中来，也可以实现对车辆转向的自动控制。H.Qiu等设计了车辆电液转向系统的模糊控制器，以车轮的设计转向速度和设计转角与实测转角的差值为输入量，得到的输出量为以电压形式表示的车辆转角速度。通过在模拟器上进行测试和实车实验，该控制器均取得的比较好的控制效果 51。陈文良等提出了一种电控液压动力转向系统，可以实现人工驾驶和自动驾驶切换，当切换到自动驾驶状态时由步进电机对转向进行控制，该系统具有转向力矩大，响应速度快，控制精度高等特点 52。1.2 设计目标和意义1.2.1 设计目标 农业机械化虽然在很大程度上降低了劳动强度，提高了生产效率，极大地推动了农业生产的发展，但是，伴随着现代科学技术的高速发展，仅仅实现农业机械已经不能够满足人们的需求，农业现代化已经成为农业生产发展的必然趋势。本次设计的目的就在于完成插秧机自动导航的电控控制转向单元，实现农机转向的自动控制。1.2.2 设计意义随着科技的发展，插秧机的结构也有了很大的改善，但仍然存在着一些问题。本文设计的插秧机自动导航控制单元目的就在于改善目前插秧机所存在的一些问题。首先，自动导航控制单元确保了插秧机插秧插的直，这才很大程度上提高了农业的生产率。同时，利用该控制单元能够减轻劳动者压力，原本需要两个人控制的插秧机现在只需一个人来完成，减少了劳动力，极大地改善了工作环境，提高了作业精度。同时插秧机自动导航技术的研究也是科技进步的一个象征，配合精细农业技术，可以减少重复作业，提高生产效率、节约能源，保护环境，维持农业生产的可持续发展。因此，进行插秧机自动导航技术的研究具有十分重要的意义。1.3设计内容本次设计的内容主要是通过选用PIC单片机控制直流电机驱动板从而控制电机的转向，并进行速度的调节。具体实现为：选择合适的PIC芯片，设计一个PIC电路，利用单片机内某些模式的功能编写PIC程序并将其完善使其能够调节电机转向与转速，实现自动化导航操作。同时由于同组同学实验的需要，设计一个微电机的控制电路并进行相关实验对实验数据进行测量，并进行调整得到最完善的实验结果。第二章 插秧机导航控制单元系统设计2.1 框图本次插秧机自动导航控制单元是以PIC16F877A为核心，以任务循测的方式进行程序的编写。采用间跳指令来完成的整个任务循检过程。信号输入端口分配：通讯口是否有新数据RA0，定时200ms到否RA1，是否需要调整转角RA2，是否需要制动RA3，是否需要调整速度RB0，是否控制插秧台RB1。信息输出端口分配：通讯口读数据RB2,读转角RB3，控制电机转向RB4,制动RB5，调整速度RB6,插秧台升降RB7。初始化调整转角升/降调整速度制动控制电机转向读转角通讯口读数据是否需要调整速度通讯口是否有新数据是否控制插秧台是否需要制动是否调整转向定时200ms2.2 程序步骤及实现2.2.1 中断程序中断程序包括变量及其常数的定义和中断服务程序的设定。程序实现如下： #define MYFLAG 20H#define COUNT 21H#define LightFanZhuan 22H#define LightZhengZhuan 23H#define T1_count 24H#define SHENG 25H#define JIANG 26H#define delcount1 27H#define delcount2 28Hlistp=16F873Aincludep16f873A.incorg0x000；复位入口地址 nop gotomainorg0004h；中断入口地址bcfINTCON,TOIF；复位TIMER0的中断标志movlw0x3d；TMR0重新赋值movwfTMR0decfCOUNT,f；中断次数减1btfscSTATUS,Z；判断是否被减为零了bsfMYFLAG,0；置产生50ms定时到标志 cblock 0x20；定义变量wTemp；中断保护W寄存器statuaTemp ；中断保护STATUS寄存器pchTemp ；中断保护PCLATH寄存器endc ；变量定义结束org0080h2.2.2 初始化程序mainbankselOPTION_REGmovlwb00000101；预分频数位64movwfOPTION_REGbankselTMR0movlw0x3d；TMR0赋初始值movwfTMR0bankselINTCON；设置中断控制寄存器movlwb10100000clrfINTCONbsfINTCON,T0IE；只使TMR0中断bsfINTCON,GIE；开全局中断bcfSTATUS,RP0bcfSTATUS,RP1movlwD4movwfCOUNT;设置中断次数清零计数器clrfMYFLAGbankselTRISB ；切换到TRISB所在的bankclrfTRISB ；确保RB为输出状态bankselTRISC ；切换到TRISC所在的bank bcfTRISC,0 ；确保RC0为输出状态 bcfTRISC,2 ；确保RC2为输出状态 bankselPR2；切换到PR2所在的bank movlw.156 ；PWM周期值=.156 movwfPR2 ；设定PR2周期控制寄存器 clrfSTATUS ；选择bank0 bankselT2CON ；切换到T2CON所在的bankmovlwb00001100 ；启动TMR2，预分频1:1，后分频1:2 bankselCCP1CON ；切换到CCP1CON所在的寄存器 movlwb00001100 ；取PWM工作模式控制字 movwfCCP1CON ；设定CCP1模块本初始化程序中，定义了程序中要用到的自定义寄存器及定时200MS和PWM控制的一些相关程序。其中主要包括将定时200ms的数据导入寄存器中和PWM周期设定。2.2.3 循环程序循环程序中主要完成框图中各项指令的执行，程序实现如下：loop btfscMYFLAG,0；有新数据否 callDUSHUJU；读取新数据btfscMYFLAG,1；200ms定时到否callDINGSHI；读转角，调整转角btfscMYFLAG,2；调整转向否callZHUANXIANG；调节正反转btfscMYFLAG,3；需要制动否callZHIDONG；制动btfscMYFLAG,4；需要调整转速否callTIAOSU；调整转速btfscMYFLAG,5；需要控制插秧台否callSHENGJIANG；控制插秧台升降clrwdt；关闭看门狗 goto loop；重复主循环2.2.4 子程序 DUSHUJUbcfMYFLAG,0 bsfTRISB,1Return读转角DINGSHIbtfscMYFLAG,1；判断200ms定时是否已到callTim0ProcclrwdtgotoDINGSHITim0ProcbcfMYFLAG,0movlwD4movwfCOUNT；设置中断次数清零计数器callDUZHUANJIAO；读转角DUZHUANJIAO bcfMYFLAG,1movlwD4movwfCOUNT；设置中断次数清零计数器bcfINTCON,GIE；暂时禁止所有中断bankselTMR1H；切换到TMR1H所在的bank clrfT1_count；清空count内数据Get_T1ValmovfTMR1H,w；读取TMR1H值movwfT1_count+1；传送到T1_count高字节movfTMR1L,w；读取TMR1L值movwfT1_count；传送到T1_count低字节movfTMR1H,w；再读TMR1H值xorwfT1_count+1,w；看是否与原先读到的TMR1H内容一样Skpz；是，读取16位TMR1过程结束gotoGet_T1Val；否，TMR1低位向高位进位，重新读取TMR1bsfINTCON,GIE；重新开放中断bsfTRISB,2；设置RB2为输入Return定时200ms，时间到就去读转角并且调整转角ZHUANXIANGbcfMYFLAG,2btfscPORTA,5；是否反转callLightFanZhuan ；反转btfssPORTA,5；是否正转callLightZhengZhuan ；正转return控制电机转向，PORTA,5置0为正传，置1为反转ZHIDONGbcfMYFLAG,3MOVLW bIORWFPORTB,freturn是否制动：TRISB,3置1为制动TIAOSUbcfMYFLAG,4bankselCCPR1L；切换到CCPR1L所在的bankmovlw.156 ；预设波起始点movwfCCPR1L ；设定占空比输出bankselPORTB ；切换到PORTB所在的bank movlw0x00；传送到PORTBmovwfPORTB；读取PORTB值calldelay500；调换延时20msmovlw0xff；传送到PORTBmovwfPORTB；读取PORTB值;gotoTIAOSU调速：控制PWM占空比调节速度大小delay500movlwD5movwfdelcount2del2 call delay5decfszdelcount2gotodel2returndelay5movlwD200movwfdelcount1del1nopnopdecfszdelcount1,1gotodel1Return 延时20msSHENGJIANGbcfMYFLAG,5btfscPORTA,6；升插秧台否call SHENG ；插秧台升btfssPORTA,7；降插秧台否callJIANG；插秧台降 升降控制：PORTA,6置0为降，置1为升End；汇编结束第三章 测控单元硬件电路及软件设计3.1 主电路MMCLR VSS VDD VSSOSC1 RC0RC1 RC7RC2 ADJ 10K 10K此电路图主要完成对单片机PWM模式的连接，将信号进行两次滤波之后产生平稳，稳定的模拟信号，并且可以通过控制占空比调节电机的速度。3.2直流电机转向控制模块3.2.1 实验方案该实验方案是以PIC16F873A为核心，PWM模式下的工作电路。通过控制TMR2寄存器调节PWM周期，通过调节CCPxCON控制PWM占空比调节输出电压。3.2.2 所用芯片及其模块概述PIC16F87X芯片PIC16F87X是维芯公司的中档产品。它采用14位的类RISC指令系统，在保持低价格的前提下，增加了A/D转换器、内部EEPROM存储器、比较输出、捕捉输入、PWM输出（加上简单的滤波电路后，还可以作为D/A输出）、I2C总线和SPI总线接口电路、异步串行通信（USART）接口电路、模拟电压比较器、LCD驱动、FLASH程序存储器等许多功能，可方便地在线多次编程和调试，特别适用于初学者学习和在产品的开发阶段使用;它也可以作为产品开发的终极产品。该系列单片机具有如下显著的特点： 开发容易，周期短 由于PIC采用类RISC指令集，指令数目少（PIC16F87X仅35条指令），且全部未单字长指令，易学易用。相对于采用CISC（复杂指令集）结构的单片机，可节省30%以上的开发时间、2倍以上的程序空间。 高速 PIC采用哈佛总线和类精简指令集，逐步建立了一种新的工业标准，指令的执行速度比一般的单片机要快4-5倍。 低功耗 PIC采用CMOS电路设计，结合了诸多的节电特性，使其功耗很低;100%的静态设计可影响激活后的正常运行进入休眠省电状态，而不会影响激活后的正常运行。 低价实用 PIC配备有OTP(one time programmable)型、EPROM型及FLASH型等多种形式的芯片，其OTP型芯片的价格很低。定时器TMR28位宽度的TMR2定时器有一个前置预分频器和后置预分频器，同时还有一个周期控制寄存器与它配合一起实现针对单片机指令周期的计数。这也意味着TMR2只能作为定时器使用，无法对外部输入的脉冲作计数。当其预分频和后预分频器的分频比为最大，计数周期也是最大时，定时的溢出频率与16位的定时器一样：一次计数的溢出最多为65536个指令周期。 TMR2定时器与TMR0相比，最大的区别是TMR2有一个周期控制寄存器PR2。TMR0只能在计数溢出回0时才能产生中断，但是TMR2的计数值有一个可以自由设定的上限，即PR2寄存器的设定值。只要当TMR2的计数值和PR2的设定值相等时就会自动归0，同时通过后分频器产生一个中断。在PIC单片机中定时器TMR2将与CCP模块PWM输出功能密切配合，输出的PWM高低电平宽度基本就是靠TMR2的定时来实现。另外，TMR2的定时溢出信号也可以作为同步串行通信SSP模块的时钟。关于TMR2定时器模块的工作原理框图如图所示。预分频器1:1，1；4，1:16，TMR2寄存器后分频器1：11:16计数值比较PR2寄存器TMR2的工作模式基本上由T2CON寄存期决定，其中的各个数据位定义如图6-8所示。-TOUTPS3TOUTPS2TOUTPS1TOUTPS0TMR2ONT2CKIPS1T2CKIPS0图6-8 TMR2控制寄存期T2CON的数据位定义我设计的寄存器为定义如下：位7 没有定义 读此位的结果为0位6：3 0001=后分频系数1；2位21=TMR2可以计数位1：0 00=1：1预分频当使用TMR2中断时，相关的中断使能和标志位分别在寄存期PIE1,PIR1和INTCON内，如表6-4所列。表6-4 TMR2中断相关寄存器数据位指示寄存器位 7位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0INTCONGIE PEIE T0IE INTE RBIET0IFINTFRBIF PIE1 PSPIE ADIE RCIE TXIE SSPIECCP1IETMR2IETMR1IEPIR1 PSPIF ADIF RCIF TXIF SSPIFCCP1IFTMR2IFTMR1IF 若要响应TMR2TMR2的中断，TMR2IE，PEIE和GIE这3个位必须同时使能，进入中断服务程序后再查询TMR2IF中断标志，有时还要TMR2IE和TMR2IF同时判别。处理完中断后，软件必须清除TMR2IF标志位。 CCP模块 CCP是英文单词Capture(捕捉），Compare（比较），PWM（脉宽调制）的缩写。在PIC单片机中，CCP模块可以任意配置为此3个功能模式之一按所选芯片的不同，同一颗芯片上可能有多个CCP模块，但它们的工作原理和使用方法相同：捕捉，即为捕捉一个事件发生时的时间值。在单片机中所谓的事件即位电平变化，亦即引脚输入的脉冲上升沿或下降沿。当引脚输入信号发生沿跳变时，CCP的捕捉功能就立即把当时的TMR1定时器的16位计数值记录下来。比较，即当TMR1在运行计数时，与事先设定的一个计数值做对比，如果两者相等，就立即通过引脚向外输出一个设定的电平，或者触发一个特殊事件脉宽调制，即输出频率固定，但高电平宽度占空比可调的方波。每个CCP模块都有3个寄存器与之对应，为方便起见，我们以统一的通用名称来引用不同CCP模块的寄存器，如表10-1所列。表10-1 CCP模块通用名对照通用名CCP1CCP2CCP3说 明CCPxCONCCP1ONCCP2ONCCP3CONCCP模块控制寄存器CCPRxHCCPR1HCCPR2HCCPR3HCCP寄存器高字节CCPxLCCP1CCP2CCP3CCP寄存器低字节CCPxCCP1CCP2CCP3CCP引脚在最新推出的16F7X7系列单片机中共有3个CCP模块；大部分28引脚以上的芯片有2路CCP；一些18引脚以下的芯片一般只有1个CCP模块。CCP模块工作于不同模式时需要片内定时器资源的配合。捕捉和比较功能将用到16位定时器TMR1，PWM功能将用到TMR2定时器。同一颗芯片上的不同CCP模块可以工作在不同的模式，但有一些相互制约的因素需要考虑，如表10-2所列。表10-2 不同CCP模块工作模式组合CCPx工作模式CCPy工作模式资源冲突或制约条件捕捉捕捉共用同一个TMR1资源捕捉比较共用同一个TMR1资源比较比较共用同一个TMR1资源PWMPWM2路PWM共用同一个频率（TMR2和PR2寄存器）PWM捕捉无PWM比较无与CCP模块相关的控制寄存器 与CCP模块相关的最关键的控制寄存器是CCPxCON。CCP1CON和CCP2CON一般位于bank0;CCP3CON,如果有的话，则位于bank1。它们各自的数据位定义相同，如图10-1所示。DCxB1DCxB0CCPxM3CCPxM2CCPxM1CCPxM0图10-1 CCPxCON寄存器的数据位定义我设计的寄存器为定义如下：位5：4 DCxB1：DCxB0：脉宽占空比控制最低2位1：0 捕捉模式 未用 比较模式 未用 PWM模式 PWM模式占空比控制字为10位，最低2位即放在DCxB1:DCB0中，高8位数据放入专门的一个寄存器CCPRxL位3；0 CCPxM3：CCPxM0:CCP模块工作模式选择位 11xx=PWM模式 当CCPx模块工作于捕捉时，捕捉到的16位长TMR1的时间值将放入CCPRxH:CCPRxL寄存器对；比较模式时，CCPRxH:CCPRxL寄存器组将放入一个16位长的时间值，和TMR1的计数值做对比；PWM模式下输出高电平的宽度由CCPRxL和CCPxB1:CCPxB0组成10位长的控制字，另由TMR2和PR2寄存器负责实现输出方波的频率控制。可见，无论一个CCPx模块工作于哪一种模块，任何时候只能有一种工作模式投入使用，当然不同时候可以动态配置成不同的工作模式。 还有就是与CCP模块相关的中断控制和标志寄存器，见表10-3的具体指示。 表10-3 CCP中断相关寄存器数据位指示寄存器位 7位 6位 5位 4位 3位 2位 1位 0INTCONGIEPEIET0IEINTERBIET0IFINTFRBIFPIE1PSPIEADIERCIETXIESSPIECCP1IETMR2IETMR1IEPIR1PSPIFADIFRCIFTXIFSSPIFCCP1IFTMR2IFTMR1IFPIE2CCP1IFCCP2IEPIR2CCP3IFCCP2IF图10-2为捕捉模式的工作原理图。软件在初始化时设定CCP模块进入输入信号捕捉模式，并设定好捕捉时间的类型。设定完毕后，剩下的捕捉工作将由硬件自动完成：CCPx模块的硬件实时监测CCPx引脚上的输入信号变化，一旦出现满足捕捉要求的沿跳变，立即将当时TMR1中的计数值复制到CCPRxH:CCPRxL寄存器重保存，同时置CCPxIF中断标志，随后软件可以响应CCPxIF中断，从CCPRxH:CCPRxL中读取捕捉的时间值以作后续分析和控制用。预分频设定1，4，16CCPRxHCCPRxLTMR1HTMR1L图10-2 CCP模块捕捉模式原理图 硬件捕捉到的时间值与普通中断响应然后读取TMR1计数值有本质的区别：CCP的捕捉时在时间发生的同一时刻将16位的计数值一次复制保存，然后可以通过中断响应来读取；普通的中断响应本身在进入中断服务时就有延时，读取TMR1又必须分2次完成，因此有可能引入误差。CCP模块的捕捉功能可以最大限度地获取事件发生时的时间值，其分辨率由TMR1的计数频率决定，最高位单片机的一个指令周期TCY.如果在特定应用中，对捕捉到的时间值并不感兴趣，则可以利用CCPx捕捉中断的能力来作为PIC单片机额外的外部中断输入引脚，还可以实现休眠唤醒功能。PWM模式脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶 体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变
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