汽車自適應巡航控制系統(tǒng)的實驗研究與應用目錄 21.1汽車自適應發(fā)展背景 21.2ACC研究原理及目的意義 2 61.4本文主要工作內容 2.小車自適應巡航系統(tǒng)總體方案及原理 2.1小車工作原理 2.2PID工作原理 2.3PWM控制原理 3.小車采用硬件介紹 3.1STC89C52介紹 3.2L298N模塊介紹 3.3LCD1602顯示模塊介紹 223.4超聲波HC-SR06模塊介紹 233.5本章小結 25 26 264.2PWM變速驅動電機程序 4.3超聲波測距程序 4.4PID保持間距程序 4.5LCD1602顯示車距程序 4.6按鍵檢測程序 4.7本章小結 365.實物測試結果 43 441.1汽車自適應發(fā)展背景隨著近年來汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及我國公路、高速公路等交通設施的不斷完善，我國汽車保有量也在不斷上升。截至2021年10月，我國全國汽車保有量已經(jīng)大幅提高到約2.6億輛，而平均汽車保有量已增長到平均十人就保有近兩輛，已基本達到全球平均水平(李明華，王志國，2022)。而相較于發(fā)達國家十人汽車保有量總體在5至8輛的水平，從我國的人口規(guī)模、交通硬件發(fā)展等相關方面與其他國家的差異進行比較，可知在未來，隨著國家GDP的持續(xù)增長，帶動居民收入增長，實現(xiàn)消費不斷增長，帶動汽車保有量的提升。我國正在逐步推進城市化、城鄉(xiāng)融合，加強交通建設，因此平均汽車保有量依舊還有較大的增長空間在這種情形下，汽車行業(yè)規(guī)模也在不斷發(fā)展，而消費者對于汽車相應的功能需求也在逐步提高，顯而易見的是汽車行業(yè)已經(jīng)從原本傳統(tǒng)的機械裝置，開始逐而隨著中國進入21世紀后，科技電子技術的不斷發(fā)展也為汽車智能化發(fā)展提供了土壤，目前高級轎車已經(jīng)搭載相應以智能化為核心的汽車巡航系統(tǒng)作為其的行駛輔助功能。1.2ACC研究原理及目的意義汽車巡航控制系統(tǒng)，它所實現(xiàn)的意義就是讓駕駛員不用對汽車進行控制，比如制動或者使用加速踏板等操作，通過汽車智能化處理而讓汽車自主地保持穩(wěn)定行駛的系統(tǒng)。汽車自適應巡航控制(AdaptiveCruiseControl,又稱ACC)系統(tǒng)種在行駛過程中對駕駛員進行相應輔助的控制系統(tǒng)。其是基于定速巡航控制 (CruiseControl葉永新，陶玉芬tem)系統(tǒng)上進行進一步發(fā)展的汽車控制系統(tǒng)(劉文博，趙麗娟，2021)[2]。定速巡航控制系統(tǒng)所需完成的功能就是在行駛過程中讓汽車進行相應的智能化操作，使得駕駛員可以擺脫固定的駕駛動作，既減輕駕駛員的操作疲倦[31,又提高駕駛過程中的安全性(孫志強，周敏慧，2021)。定速巡航控制系統(tǒng)的原理為給定汽車所需定速行駛的固定速度，當進入定速巡航系統(tǒng)功能時，根據(jù)這些跡象可以推知通過利用車速傳感器實時測算出汽車此時實際行駛的車速，與設定車速進行比較，通過算法進行調節(jié)，再將調節(jié)結果反饋到控制車速的電子器件處，如給定結果反饋于節(jié)氣門的執(zhí)行部門(吳俊峰，徐莉萍，2022)[4],讓節(jié)氣門執(zhí)行相對應的工作--調節(jié)節(jié)氣門的開放角度，改變發(fā)動機的功率以及轉矩：實際車距相比較小時，增大節(jié)氣門開放角度，由此可以明了使得對應發(fā)動機的功率、轉矩變大，實現(xiàn)發(fā)動機的提速；對于這一部分的創(chuàng)作借鑒了章和寧教授的相關主題的研究，主要體現(xiàn)在思路和手法方面，在思路上遵循了其強調的系統(tǒng)性與邏輯性的原則。通過深入分析研究對象的內在結構和運作機制，本研究不僅吸收了章教授提出的多層次、多角度審視問題的方法論，還進一步將這些理念應用于具體實踐中以確保研究結果的全面性和準確性。在手法上本文采納了章教授所提倡的定量與定性相結合的研究方法為研究提供了堅實的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。實際車距相比較大時，減小節(jié)氣門開放角度5,使得對應發(fā)動機的功率、轉矩變小，實現(xiàn)發(fā)動機的減速從而實現(xiàn)實際車速始終與設定車速相符的調節(jié)，最終實現(xiàn)根據(jù)給定目的車速，維持汽車行駛過程中的勻速行駛的目的(鄭建華，黃健雄，2023)。但定速巡航控制系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了在駕駛過程中勻速行駛的功能，但由于只是從自身車速得到反饋進行速度的相應調節(jié)，對行車環(huán)境缺乏一定的勘測以及判斷，同時車速固定，基于本文的研究前提這種情況被納入了研究范圍面對比較復雜、擁擠的行車環(huán)境時，所起的效果可能就存在一定的局限，可能需要駕駛員進行相應的調節(jié)或者手動駕駛。針對于這些問題，汽車自適應巡航控制系統(tǒng)開始發(fā)展(謝東亮，林靜嫻，2024)。汽車自適應巡航控制系統(tǒng)的工作原理是在行車過程中，通過小車前方所安裝的距離傳感器(超聲波傳感器等)來持續(xù)勘測小車前方的障礙物、行駛車輛等，采集與其相關的信息，通過計算從而得到對應的車距信當采集信息計算得知前方車輛與本車距離很遠時，小車按原本行駛的速度進行前進。依據(jù)這些特定條件可以推知其發(fā)展脈絡當主車與前車距離較近，屬于安全距離范圍時，就對小車速度進行相應控制。采集到的車間距離結合車速傳感器采集的自身車速信息，將信息進行綜合處理，根據(jù)處理結果來控制汽車的縱向行駛速度(羅建輝，高玉潔，2019)。與已有文獻結論的一致性，標志著前期研究構思的穩(wěn)健性得到了實證的支撐。這一結果不僅加深了本文對特定領域內復雜關系的理解，還激發(fā)了本文對潛在未知因素的探索興趣。它提示本文，未來的研究可以更加聚焦于揭示那些尚未被充分理解的機制，以及它們如何與已知因素相互作用，共同塑造出觀察到的現(xiàn)象。當進入汽車自適應巡航系統(tǒng)時，汽車會通過實時采集的主車速度來對所需保持的安全距離進行計算給定所需保持的車距。同時，通過汽車前方的車距傳感器所采集的實際車距，與給定的保持車距進行比較，汽車自適應巡航控制單元通過與制動系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)協(xié)調動作，輸入相關控制信號以及設置參數(shù)，改變制動力矩和發(fā)動機輸出功率、操作油門執(zhí)行器以及剎車執(zhí)行器，從而實現(xiàn)對汽車行駛速度的實時控制，根據(jù)已有成果可推導出相關結論使得主車能夠始終以安全車距，穩(wěn)定地在前方目標車輛后方行駛。由于通過調整汽車發(fā)動機速度來實現(xiàn)車距始終保持一致，因此主車與前車的速度也大致相同，這樣也有利于行駛安全，應對突發(fā)情況(韓寶強，馬秀麗，2021)。相較于以往的定速巡航控制系統(tǒng)，汽車自適應巡航控制系統(tǒng)對于外界的行車環(huán)境的勘測更為重要，不僅僅是單從本車的行駛速度出發(fā)，而是在定速巡航控制系統(tǒng)中保持勻速行駛的基礎上，遵循該理論框架進行研究結論是結合了安全車距的內容，將汽車自身因素與外界行車環(huán)境進行綜合性考慮，從而實現(xiàn)小車與前車 (二者車間距離較近時)在行駛過程中始終保持固定車距以及相應速度的功能，進一步提高了汽車巡航系統(tǒng)的有效性(程啟明，傅志遠，2018)。在后續(xù)的研究中，會對已有的研究成果進一步從不同的角度進行優(yōu)化，會重點聚焦于研究方法的創(chuàng)新與改進。嘗試引入新的研究工具和實驗設計，突破傳統(tǒng)方法的局限性。同時，對現(xiàn)有研究方法進行優(yōu)化組合，提高研究的科學性和嚴謹性。此外，會開展多方法的對比研究，驗證不同方法在不同情境下的適用性和優(yōu)劣，為后續(xù)研究提供更具參考價值的方法論支持。員相應的精神需求(蘇博，董麗華，2019)。同時相較于以往駕駛員主動操作的以有效地增加交通車流量，緩解道路壓力以及助力交通疏通(余國強，鐘慧琳，2020)。在此之外，汽車自適應巡航控制系統(tǒng)可以使汽車的統(tǒng)具有重要的意義，其的應用前景非常良好(孔祥瑞，彭雪梅，2021)。和主動安全技術兩部分(姜一鳴，唐曉露，2022)[6]其中自適應巡航控制作為新興前沿技術，在防止交通事故中扮演著重要角色(曾慶輝，宋雅玲，2023)。汽車自適應巡航控制技術概念最早是在20世紀60年代由美國密里根大學增制與前車之間始終保持相應的安全距離，最終起到提高道振宇，熊靜宜，2024)。不過由于當時汽車所裝載的執(zhí)的是自適應巡航技術難以運用到汽車之中。因此在20世紀60年代到80年代之測、提醒功能，并不能對車輛速度進行相應控制(葉永新，陶玉芬，2019)。而最早具備間距探測功能以及能對汽車具備控速能力的汽車自適應巡航雛形系統(tǒng)，根據(jù)這些跡象可以推知應該是由三菱公司研制開發(fā)的PDC(Preview沃公司的S60轎車上，便都配備了自適應巡航系統(tǒng)(潘世豪，曹愛琴，2020)。 (滕宏偉，蔣美娟，2021)。前面所提的博世(Bosch)公司，其所研究開發(fā)的車輛自適應巡航系統(tǒng)[8則增添了顯示單元，通過使用顯示單元增添人機交互界面(MMI)的功能，駕駛狀態(tài)信息的功能(楊柳青，魏志宏，2022)。在近年，寶馬摩托與博世公司進行被納入了研究范圍該ACC不僅僅會檢測前方車輛的狀況自動控制車距，還會檢控制(秦天成，韓麗君，2023)。上述優(yōu)化成果是在對現(xiàn)狀的深入了解和充分利與國外對于車輛自適應巡航的研究開始時間相比，國內對于其研究相較晚些。是由當時開設車輛相關課程的高校和與車輛相關科研機構進行研發(fā)(賀光明，林海燕，2024)。清華大學、北京理工大學、上海交通大學等高校自20世紀90年代開始對車輛自適應巡航技術研發(fā)，并取得了一定成果。北京理工大學研發(fā)自適應巡航系統(tǒng)的思路同樣是在定速巡航系統(tǒng)的基礎上衍生，同時將ACC系統(tǒng)與防抱死系統(tǒng)(ABS)和驅動防滑系統(tǒng)(ASR)集成，從而實現(xiàn)了汽車自適應巡航系統(tǒng)全面性(沈浩淼，馬曉霞，2018)。而清華大學將實現(xiàn)了汽車自主調整車間距以及對障礙物的主動避讓，根據(jù)已有成果可推導出相關結論極大提高了汽車行駛安全性。目前國內各大車企及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也都已經(jīng)在布局汽車智能駕駛領域，研究駕駛的輔助技術。到如今，已經(jīng)有不少的國產(chǎn)車配置了汽車自適應巡航控制系統(tǒng)，如福特金牛座9、長安2019款CS551.5TSUV、英菲尼迪QX50等車型等(王立新，龔麗娜，2019)。不過相對而言，國產(chǎn)自主品牌車對于汽車自適應巡航控制系統(tǒng)的配置率，與國外車輛的相比還是較低，且基本都是非全速自適應巡航，只能在部分速度區(qū)域內使用自適應巡航。行駛(何家偉，謝麗萍，2020);當與前車車間距離達到一定距離時，則始終與的固定距離數(shù)值(顧云飛，劉曉紅，2021)。處理，使用PWM對電機進行控速以及運用PID算法實現(xiàn)穩(wěn)定保持間距。2.小車自適應巡航系統(tǒng)總體方案及原理2.1小車工作原理當小車搭載自適應巡航控制系統(tǒng)時，需要在系統(tǒng)內設定兩個參數(shù)，分別為跟隨距離以及安全距離兩個數(shù)據(jù)，其中安全距離與跟隨距離相比較小。在小車行駛過程中，搭載于小車前方的超聲波元件不斷探測前方路況，計算得出本車與前方車輛、障礙物的距離(陸建華，張麗珍，2022)。該系統(tǒng)分為兩種不同的工作模式：定速行駛模式以及自適應跟隨巡航模式。兩種工作模式的切換條件是以所測量出的前方車輛與本車之間的距離與系統(tǒng)所設定的跟隨巡航距離之間的關系。間距是否達Y當前方車輛、障礙物與小車間距較大時，此間距已經(jīng)超過所設定的跟隨適應巡航距離后，基于本文的研究前提這種情況被納入了研究范圍則小車始終保持固定速度進行行駛，類似于定速巡航模式。而一旦檢測到前方小車、障礙物與小車間距已經(jīng)等于、小于設定的跟隨距離時，則小車則會進入跟隨巡航模式(高翔宇，李素英，2023)。在設計優(yōu)化的實踐中，本文著重權衡了經(jīng)濟性與方案的可普及性，相較于初步設計，在多個關鍵點上進行了調整與優(yōu)化。成本控制上，通過剔除不必要環(huán)節(jié)、選擇性價比更高的方案，顯著減少了總體投入，使方案更加經(jīng)濟性，確保其在各種條件下都能穩(wěn)定運行，便于其他單位后，然后得到此時電機的相應控制參數(shù)，結合PWM技術，最終實現(xiàn)控制電機的速度(范振華，顧曉月，2018)。則恢復到定速行駛模式，仍然以原本定速行駛速度持續(xù)行駛(范振華，顧曉月，2018);若前方小車速度較慢時，則小車會先在進入跟隨巡航距離時，對速度進定的安全數(shù)據(jù)(駱文博，錢麗娟，2019)。 (integral)以及微分(derivative)三項[101,這三項功能中，各項所負責的內容PID調節(jié)器。PID控制系統(tǒng)的結構較為簡單，根據(jù)已有成果可推導出相關結論同時加上其的相關參數(shù)也容易調節(jié)，因此其屬于在控制系統(tǒng)中應用最廣泛的算法之一(段一鳴，郭麗萍，2022)。PID控制器調節(jié)輸出的主要目的是保證系統(tǒng)的偏差值為零，通過削減誤差，從而使得系統(tǒng)能夠達到一個預期穩(wěn)定的狀態(tài)(閻慶輝，林雅玲，2023)。PID控制原理基于2-1的公式在此公式中，分別有著三個系數(shù)，為比例控制系數(shù)Kp、積分控制系數(shù)Ki以及微分控制系數(shù)Kd。PID控制系統(tǒng)運行過程就是通過這三個環(huán)節(jié)將輸入量與輸出量之間的差值用于進行閉環(huán)反饋調節(jié)的過程在PID控制作用中，遵循該理論框架進行研究結論是比例環(huán)節(jié)是基礎控制，通過該環(huán)節(jié)可以加快系統(tǒng)的響應速度。以小車PID控距為例，P是差值與速度的比例運算，其作用可以概括為讓小車動起來，實現(xiàn)將距離變化到設定間距，但到達間距左右時會出現(xiàn)震蕩問題，小車反復抽搐(江振宇，袁靜宜，2024)。而微分環(huán)節(jié)D主要作用為預見偏差變化趨勢，進行超前控制，在偏差形成之前實現(xiàn)消除。當小車在比例P的基礎上增添微分D,系統(tǒng)可以提前知道車子是否已經(jīng)快要到達目標而提前減速，使得小車在到達設定間距后，通過幾次微調后便保持穩(wěn)定，避免震蕩現(xiàn)象(韓建平，陳秀蘭，2018)。但此時穩(wěn)定后小車間距并不是精確的設定距離，因為存在一定的穩(wěn)態(tài)誤差。電機驅動小車行駛的前提是電機轉動需要克服小車的自重以及小車與地面的摩擦力，當車間實際距離與設定距離之間誤差很小時，通過PID計算出的輸出也很小，在這樣的環(huán)境條件下可以推知將輸出值轉換為PWM來驅動電機時，由于該值過小，難以克服小車自重以及摩擦力等，因此沒辦法完成最后誤差的前進、后退(朱永新，黃玉芬，2019)。本文在此借鑒了先前的構思來構建計算框架，并進行了適當?shù)木啠蕴嵘鋵嵍e分環(huán)節(jié)的主要作用就是用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。當會不斷累積變大的，其所代表的PWM值也在累計變大直至成功克服自重以及摩種搭配方式，如P、PI、PD等(孟世豪，梁愛琴，2020)。距與此時實時間距之差，為比例環(huán)節(jié)調節(jié)內容。而積分環(huán)節(jié)的內容為為所得誤差的累加。微分環(huán)節(jié)對應內容為e(k)-e(k-1),為本次運算時的誤差數(shù)據(jù)與上次運算時誤差之差(宋宏偉，譚娟，2021)。位置式PID算法主要原理便是用PID算法對當前實際位置與所想要對象達到的位置的之間存在的偏差進行運不過當我們一般使用位置式算法時，通常都是直接使用PD控制，而不使用其中的積分環(huán)節(jié)(夏柳青，謝志宏，2022)。因為使用積分環(huán)節(jié)時誤差積分∑統(tǒng)此時所處的實際位置，一旦位置發(fā)生突然變化(系統(tǒng)出現(xiàn)問題時),即u(k)增量式PID算法公式為2-3。=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Ka[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](2-3)式2-3可以看出增量式只使用系統(tǒng)最近三次測量值的偏差便可求出控制增量。根據(jù)這些跡象可以推知其所得出的值與位置式為與實際位置的偏差不同，而是近幾次位置誤差的增量(需要對其進行相應的加權處理得到控制效果),為控制量的增量，因此對系統(tǒng)的工作影響較小，一般出現(xiàn)情況也不會嚴重損害系統(tǒng)。本文主要工作為控制小車，位置式算法以及增量式算法都可以用于控制間距。但使用位置式算法時，雖然它相較于增量式，可以更直接控制小車，u(k)的值和小車當前距離是一一對應的(溫天成，徐麗君，2023)。但如果當前方車速突然加速極快遠離時，由于兩車之間距離發(fā)生突然變化，由此可以明了而導致一直在累計誤差的積分環(huán)節(jié)因u(k)突變從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定，因此在本文中，最終選擇采用位置式PD算法控以及增量式PID算法(杜光明，余海燕，2024)。實現(xiàn)PID控制的前提是系統(tǒng)本身得存在閉環(huán)控制的功能。因此在硬件上必須具備閉環(huán)控制。結合汽車自適應巡航控制內容而言，就是要求小車需要搭配測量距離的傳感器模塊，控制模塊從傳感器獲取相關結果反饋，運用PWM技術控制電機轉速，改變間距，從而形成閉環(huán)(廖浩淼，周曉霞，2018)。2.3PWM控制原理PWM控制又稱脈沖寬度調制技術，其工作原理是調制系列脈沖的寬度，從而等效地獲得所需要波形、形狀和幅值。PWM技術理論基礎為沖量(面積)相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其輸出響應波形在低頻端基本PWM控制技術存在多種，在本設計中只采用了最基礎的等脈寬PWM法(方立新，吳麗娜，2019)。等脈寬PWM法就是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波，通過 (連接1或斷開0)到直流電機上時，分別為兩種狀態(tài)：直流供電輸出，直流供電斷開(高云飛，趙曉紅，2021)。而我們通過調節(jié)連接與斷開的時間后，從理論上便可以輸出目標電壓(0~5V之間任意大小)。以得到2.5V輸出電壓，當占空比為80%時，則得到的電壓就是4V。PWM的調狀態(tài)(人眼難以觀察出卡頓),所以此時周期內平均速度即是占空比所調速度(常建華，孫麗珍，2022)。通過PWM輸出不同的模擬電壓，便可以使電機實現(xiàn)不同轉速。2.4本章小結隨巡航距離而確定的(武翔宇，胡素英，2023)。PID原理主要是介紹了PID的可以實現(xiàn)小車運行時通過變化速度從而始終與前方物品保持安全間距(鄭宇航，何雨欣，2024)。而PWM控制原理，則是通過改變時間周期內脈沖的寬度，改變高、低電平與周期的比例(占空比),實現(xiàn)改變輸出給電機的平均電壓，從而起到控制電機速度的功能。3.小車采用硬件介紹本設計小車采用51單片機控制，選用單片機芯片為STC89C52,選用L298模板運用于電機控制電路，選用LCD1602液晶顯示模塊用于顯示距離，選用超工作頻率的范圍為0至40MHZ,實際工作頻率可至48MHZ。具有8K字節(jié)Flash存儲器，4個外部中斷。其內部具備EEPROM以及看門狗功能。其也具備在系以及仿真器，直接通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶所使用的程序即可，下通用的的IO□共有32個，各引腳都具備相應的功能：P1.0:為定時器2的外部計數(shù)的輸入或時鐘的輸出引腳P1.1:為定時器2的捕捉或重載的觸發(fā)信號和方向的控制信號引腳P3.4:定時/計數(shù)器0P3.5:定時/計數(shù)器1INTO/P3.2123456789ALE/PROGL298N模塊是一種高電壓，大電流的電機驅動芯片。其一共有15腳封裝。工作參數(shù)主要為：最高工作電壓可達46V,輸出電流瞬間峰值可達3A,持續(xù)工作電流為2A;額定功率為25W。可用來驅動直流電機和步進電機等電機。SENSINGA/SENSINGB:電流傳感器A/B,在該引腳和地之間接電阻可以檢測電流(李明華，王志國，2022)。OUT1與OUT2:為內置驅動器A的兩個輸出端，用來連接電機控制邏輯電OUT3與OUT4:為內置驅動器B的兩個輸出端，用來連接電機邏輯控制電IN1/IN2:對應OUT1、2引腳輸出的輸入，輸入高低電平信號，開關全橋式驅動器A。IN3/IN4:對應OUT3、4引腳輸出的輸入，輸入高低電平信號，開關全橋式驅動器B。ENABLEA/ENABLEB:為使能控制端。輸入高電平時，L通過調整OUTO/1/2/3引腳對電機邏輯電路的輸入，便可實現(xiàn)3.3LCD1602顯示模塊介紹LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，其屏幕一次可最多顯示32個字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。通過相應函數(shù)的編寫，即可實現(xiàn)在液晶屏上顯示目標數(shù)據(jù)(張偉杰，陳曉燕，2023)。1602主要有3個控制端，分別是：RS(數(shù)據(jù)(1)/命令選擇端(0))、RW (讀寫控制端)、E(使能信號)。顯而易見的是使能信號端需要有一個下降沿 (從1變成0),才能把數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)，命令送入1602(上升沿也可起效)。因此，在寫數(shù)據(jù)、命令時，只需要對RS,E進行設置即可。在使用1602前，還需對其進行寫指令，將其進行初始化。指令0X38為設置16x2顯示，5x7點陣，8位數(shù)據(jù)接口。3.4超聲波HC-SR06模塊介紹用超聲波而實現(xiàn)非接觸式距離探測功能，探測距離為2厘米至4米之間，具體測距精度可達3毫米。主要包含超聲波發(fā)射、接收器以及控制電路(劉文博，趙麗娟，2021)。指令碼00001DCB000001NSN=1當讀或寫一個字符后地址指針加1,且光N=0當讀或寫一個字符后地址指針減1,且光S=1,當寫一個字符時，整屏顯示左移(N=1)或右移(N=0),已得到光標不移動而00010000000101000001100000011100超聲波HC-SR06的工作原理為：要發(fā)出觸發(fā)信號給TRIG,這個觸發(fā)信號有要求，必須是10us的高電平(略長也可),基于本文的研究前提這種情況被納入了研究范圍當TRIG收到這個觸發(fā)信號，它就會發(fā)射一個8個40khz的方波超電平變?yōu)楦唠娖剑邮盏椒瓷涞臅r間點，輸出回響信號又變回低電平(孫志強，波模塊，導致探測距離、精度存在一定誤差(吳俊峰，徐莉萍，2022)。為降低措施來保障數(shù)據(jù)的真實性和方案的穩(wěn)固運行。本文首先深入研究了可能影響方案實施質量的外部變量。基于這些研究結果，本文在方案設計階段納入了環(huán)境敏感性評估的技術，通過模擬各種外界環(huán)境條件來評估它們對方案成效的潛在效應，并據(jù)此優(yōu)化方案的設計變量，以提升其適應性和耐抗性，確保方案能對外界變化迅速作出調整，保持其有效性和實用性。15度圖3-8超聲波HC-SR06相關參數(shù)圖3-9超聲波HC-SR06模塊觸發(fā)信號模塊內部發(fā)出信號輸出回響信號需要將計算的結果除以2才是實際超聲波從模塊發(fā)射后達到前方遮擋物時的時3.5本章小結搭建51單片機。除去芯片STM89C52外，與實現(xiàn)自適應跟隨功能相關的模塊元件還有L298N電機控制模塊、液晶顯示LCD1602模塊以及超聲波HC-SR06模境并反饋到單片機中，LCD1602顯示車間距離，通過PID算法進距離進行運算得出電壓占空比，再使用L298N電機控制模塊對電機進行操控，實現(xiàn)車速的改4.1主程序流程上(鄭建華，黃健雄，2023)。當前方物體與車間距離達到系統(tǒng)所設定的跟隨巡最終使得小車能夠通過加減速的操作，始終與前方物理保持固定安全距離(謝東序；PID保持間距程序；LCD1602顯示車距程序；以及按鍵4.2PWM變速驅動電機程序L298N模塊通過STC89C52芯片的P1.2~P1.7的的兩個使能端(羅建輝，高玉潔，2019)。在這樣的環(huán)境條件下可以推知由于本行統(tǒng)一控制，實現(xiàn)小車四電機驅動(韓寶強，馬秀麗，2021)。使能后，OUTPUT1、2對應左邊兩個電機，當OUTPUT1、2輸出1,0;0,1;0,0;1,1時，左電機狀態(tài)分別為向前轉；向后轉；制動；剎停。OUTPUT3、4對應右邊兩個電機，運行機制同理。因此通過改變P1.2~P1.7引腳輸出，就可L298N的兩個使能端可以對控制電路進行使能OUTPUT1~4為什么狀態(tài)，本文研究范圍內這種情況得到了充分考慮電機都不會運轉(程啟明，傅志遠，2018)。通過使電機在轉動與不轉動前運行，實現(xiàn)改變方向，向后行駛，從而將間距保持到安全間距(蘇博，董麗華，2019)。而如果的輸出便可調速，但在要轉換方向時，則不僅要改變使能端的輸出，還要對OUTPUT1~4重新進行設置，因此選擇方案二，通過改變OUTPUT1~4的輸出直在前進過程中調速需要設定在一定的時間周期內，前進輸入正轉1,0與制動0,0的占比。如在周期內，一共有50次的正轉以及50次的制動，則此時其的占空比就是50%,顯而易見的是輸出的電壓為正轉無調制時電壓的一半，其所正轉的次數(shù)num,就可以控制速度為原速的num%。同理后退調速則是設定后退輸入0,1的次數(shù)而改變后退的速度(余國強，鐘慧琳，2020)。確定調整方案后則需對定時器進行相應設置，從而設定出周期劃分。PWM控制采用定時器1進行控制。設定定時器相關參數(shù)：設定TMOD為0x01,設置定時器1的工作方式(分為兩個八位的計數(shù)器),EA=1(開啟總中斷),TR1=1(啟動定時器1),ET1=1 (啟動定時器1中斷),TH1=0XFF,TL1=0X23(給定時器賦初值，當溢出后申請中斷，通過計算可得此時中斷時間為200us,即每200us中斷一次，中斷后需在程序內再度為寄存器TH1、TL1賦值，根據(jù)這些跡象可以推知設置定時器中斷時間始終為200us)(孔祥瑞，彭雪梅，2021)。而根據(jù)PWM原理，將每一百次的中斷看PWM的一個時間周期。在每次中斷時，將設定判斷的值t(用于計算當前時間在一個時鐘周期的位置)進行自增加一，初值為零，與所需要的速度值scale進行比較(當t<scale時，電機開啟轉的占比，改變轉速。當t大于100時置一，使得PWM能始終保持周期(姜一鳴，車(電機)前進、后退模式。當車間距離小于設定安全間距時，flag_motor=1,小車為后退模式；當車間距離大于設定安全間距時，flag_motor=0,小車為前進PWM變速驅動電機主要程序(定時器1中斷程序):Timer1()interrupt3{}{{}{}}{}{}丁丁丁丁超聲波測距程序主要是應用了定時器0用以存儲數(shù)據(jù)。超聲波HC-SR06模塊主要是通過操作TRIG與ECHO端而進行測距。當向TRIG端輸出1后，超聲平。通過記錄ECHO端口所保持高電平的時間，就可以知道超聲波從收所經(jīng)歷的時間，再通過計算便可以得到與前方物理的距離(曾慶輝，宋雅玲，首先需要對定時器0進行設置，設置TMOD=0X10(與上述定時器1一起用TLO=0X00(用于存在高電平持續(xù)時的時間數(shù)據(jù))(雷振宇，熊靜宜，2024)。將超聲波測距的TRIG、ECHO端分別于P2.0與P2.1進行連接，將端口數(shù)據(jù)分別設置為TX與RX。設置對應的超聲波模塊啟動程序函數(shù)：先將RX與TX置1,然后延時10微秒，確保超聲波模塊將超聲波發(fā)送完畢后，再將TX置0,開啟定時器計數(shù)(TRO=1),為0時關閉定時器計數(shù)(TRO=0)(石建平，金秀蘭，2018)。TH1之所以需要乘256是因為定時器的寄存器被設置為兩個8位的計數(shù)器，當TL1溢出后TH1才計數(shù)，因此合起來可以近似看為一個16位的計數(shù)器，因此將TH1數(shù)據(jù)提出時需要將其乘以256,提前8位后，再與TL1數(shù)據(jù)相加，此時得到的才是真正高電平時間內定時器的計數(shù)(葉永新，陶玉芬，2019)。此時定時器的計數(shù)的時間決定于晶振的頻率，外接晶振為12MHZ時，遵循該理論框架進行研究結論是定時器計數(shù)一次的時間為1微秒，將光速化為以微秒為單位時，速度為340米/1000000微秒=0.00034米/微秒=0.34毫米/微秒。將取得的時間數(shù)據(jù)與該速度相乘即可得計算出該時間內超聲波所走距離，而此時計算的是從超聲波發(fā)射到反射接收的雙路程，因此還需要將計算的結果除以2才是實際的間距(潘世豪，曹愛琴，2020)。此時計算出的距離單位為毫米，數(shù)值精確到小數(shù)點后兩位。再將數(shù)值整數(shù)各位數(shù)字進行單獨存儲于數(shù)組之中，可用于LCD1602模塊顯示距離數(shù)值功能(滕宏偉，蔣美娟，2021)。計算距離程序：{丁丁4.4PID保持間距程序本設計主要采用位置式PD控制以及增量式PID控制。二者除了所使用的相關PID參數(shù)以及PID控制公式不同外，其他數(shù)據(jù)(控制對象，接收對象)都是相同的，因此在基礎設計上，思路以及程序都是共通的。首先需要對KP、KI、KD參數(shù)進行設置(數(shù)值根據(jù)實物調試效果進行修改確定).設置相關參數(shù)存儲本次誤差、上次誤差以及上上次誤差(增量式才需用上上次的誤差數(shù)據(jù)).以及設定目標距離數(shù)值.將其作為目標值，減去實時距離.從而得到誤差數(shù)值(楊柳青，魏志宏，2022)。于此特定背景顯而易見的結果再此時小車的運行速度。但也需要對其輸出值編寫一個限幅函數(shù)，當其數(shù)值大于100(占空比超過100%)時，將其限制為100,不讓參數(shù)超過100%電機轉速。{}PID運算程序函數(shù)將置于超聲波實時測距程序當中，將實際距離作否使用的參數(shù)。當實時距離大于設定的跟隨巡航距離時，不使用PID運算程序；當小于跟隨巡航距離時，再開啟PID運算程序(程啟明，傅志遠，2018)。并再判斷實時距離與所需保持的安全距離關系，當小于安全距離時，將P車在穩(wěn)定距離過程中反復抖動調整，因此設置一定誤差(0.5毫米),增強實際{output=kp*err+kd*(err-l增量式PID程序：output=kp*(err-last_err)+ki*err+kd*(err-2*last_err+llast_err);llast_err=last_err;}當要讓LCD1602液晶顯示數(shù)據(jù)時，首先需要編寫液晶顯示函數(shù)。晶進行初始化：0X38(16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)口),0XOC,(開顯示，不顯行處理，避免行、列超過顯示范圍。根據(jù)LCD1602指令功能碼計算得出指令碼進行對應行、列寫入設置(秦天成，韓麗君，2023)。于此特定背景顯而易見的結果最后通過寫指令函數(shù)WriteCommand(X,1),將指令碼輸能信號端E先置0(E=0時方可寫入命令、數(shù)據(jù))再置1,提供上升沿，將指令寫入。寫數(shù)據(jù)函數(shù)WriteData(DData)同理，區(qū)別為將RS置1.同時在程序內定義相關ASCII值的數(shù)組。用于在寫入字符程序中使用：ASCII[13]="0123456789.指定行、列顯示字符程序(X為列，Y為行，DData為字符):voidDisplayonlyone(ucharX,uha{丁丁LCD1602顯示車距程序：DisplayOneChar(3,1,ASCII[disbufDisplayOneChar(4,1,ASCI[disbufDisplayOneChar(5,1,ASCII[disbuDisplayOneChar(6,1,ASCIDisplayOneChar(7,1,ASCII[disbuf4.6按鍵檢測程序將按鍵與P3.2連接，按鍵另一端接地，當端口檢測到低電平時，即是按鍵按下。當按鍵按下一次時，安全距離將增加300毫米，從起初的200開始增加，當安全距離超過800毫米時，就重新置于200毫米，從而實現(xiàn)安全距離200、500、800毫米的三個擋位選擇。按鍵檢測程序：{{丁丁4.7本章小結持間距(采用兩種控制方法)、PWM變速驅動電機等程序實現(xiàn)的相關設置以及程序編寫。同時也介紹了運行過程所使用LCD1602顯示間5.實物測試結果電池盒(用以供電，使用兩節(jié)18650鋰電池，單節(jié)電壓3.7V,并聯(lián)后可提供7.4V電壓)以及單片機。通過連線將超聲波模塊以及電機與單片機模塊相連，用以采以及增量式PID參數(shù)KP=0.5,KI=0.3,KD=0.1。圖5-1實驗小車底板背面搭建電機圖5-2實驗小車底板正面圖5-3實驗小車圖5-4實驗小車運行時液晶屏顯示對STC89C52的定時器2進行相應參數(shù)設置，設置為串口通信，將小車運行前進；B:后退)。STC-ISP(V6.85)STC-ISP(V6.85)(銷售電話官網(wǎng)：www.STCMCU.com(技術支持QQ:800003751)--STC:全球最…-口單片機型號STC89C52RC/LE52RC引腳數(shù)Auto串口號USB-SERIALCH340(COM3)Y最低波特率2400最高波特率115200Ox0000?清除代碼緩沖區(qū)打開程序文件5硬件選項脫機下載/U8/U7程序加密后傳輸IDl□降低振蕩器的放大增益口只有斷電才可停止看門狗?內部擴展RA可用□下次冷啟動時，P1.0/P1.1為0/0才可下載程序□下次下載用戶程序時擦除用戶EEPROM區(qū)□在代碼區(qū)的最后添加ID號選擇Flash空白區(qū)域的填充值FFP1o和Pi1與下次下載無關下載/編程停止重復編程字檢測MCU選項注意/幫助重復延時3秒□每次下載前都重新裝載目標文件?當目標文件變化時自動裝載并發(fā)送下載命令D:\畢業(yè)論文\PD串口\ult_pid(2)-副本\ult_pid\Objects\ultpid.hex發(fā)布項目程序發(fā)布項目幫助讀取本機硬盤號?提示音成功計數(shù)358清零◎文本模式清空接收區(qū)保存接收數(shù)據(jù)O文本模式清空發(fā)送區(qū)保存發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送文件清空全部數(shù)據(jù)自動循環(huán)發(fā)送多字符串發(fā)送123波特率115200√校驗位無校驗停止位1位接收31519清零n77?—ma7程序文件EEPROM文件串口助手Keil仿真設置范例程序選型/價格/樣品·固件版本號：6.6.4C操作成功!關閉串口678分別使用位置式PD程序以及增量式PID程序，對小車進行向前行駛與向后退車實驗，將串口數(shù)據(jù)保存至文檔中，以現(xiàn)有結果為依據(jù)可得出再通過使用EXCEL表格將數(shù)據(jù)導入，生成折線圖(藍線為小車與前方物體的間距，橘線代表占空比數(shù)值)。為了方便辨認，當折現(xiàn)圖中占空比數(shù)值為負值時，代表著此時小車運行模式與題目方向相反。圖5-6安全間距為50cm的實驗小車后退(PD)圖5-7安全間距為50cm的實驗小車前進(PD)圖5-8安全間距為80cm的實驗小車后退(PID)從折線圖中可以觀察到兩種PID算法方法都可以使小車在行駛過程中，通過加減速，前進后退等操作，成功停留在距離前方物體安全距離處(謝東亮，林靜嫻，2024)。其中雖然停止后占空比仍在輕微的變化，顯而易見的是但由于電機外界輪胎以及地面給予的摩擦力，當小車占空比小于10%后，車速變化較小，基本維持在穩(wěn)定狀態(tài)。因此，實驗小車能夠起到一個較好的行駛跟隨，保持固定安全距離功能。同時，設置的跟隨巡航距離為90cm,從前進折線圖中也可以觀察出，根據(jù)這些跡象可以推知當間距大于90cm時，此時小車不開啟自適應巡航功能，而是開啟定速行駛功能，固定以占空比為90%的速度前進(朱智勇，何錦秀，同時，通過按動按鍵，也可以實現(xiàn)選擇小車安全距離擋位的功能。在檢驗小車自適應巡航功能可以成功實現(xiàn)固定保持間距后，再根據(jù)在跟隨巡航范圍內，前方物品移動時的不同情況，進行實驗，實驗結果如表5-1所示(羅建輝，高玉潔，實驗編號實驗狀態(tài)實驗結果1前方物體靜止(間距大于安全間距)小車會先加至最高速向前進行追趕，與安全距離接近的過程中緩緩降速，直至停留在安全間距處2前方物體靜止(間距小于安全間距)小車會先加至最高速向后倒車，與安全距離接近的過程中緩緩降速，直至停留3前方物體向前加速行駛(間距大于安全間距)小車會加速到最高速追至安全距離附近后，再緩慢減速至適當速度，與前方物體運動速度加速變化一致，物體速度過