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基于單片機和NRF24L01的無線PID電機轉(zhuǎn)速控制器設計

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ID:205648 發(fā)表于 2017-6-19 17:25 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |正序瀏覽 |閱讀模式
基于NRF24L01的PID電機轉(zhuǎn)速控制器，采用51單片機控制，有發(fā)送端和接收端的完整圖紙和程序代碼
下面是已經(jīng)制作成功的實物圖：


原理圖：


項目介紹
在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象──“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構改變靈活（PI、PD、PID）。
然而PID算法在工業(yè)發(fā)展中也占據(jù)不小的地位，例如，液位，壓力，溫度，流量的控制都能利用PID算法進行精準控制。本項目將PID的算法用在了直流電機的控制當中，用于精準控制電機轉(zhuǎn)速，簡化電機控制難度。為了使操作者能夠簡單,方便，實時，快捷的控制電機的轉(zhuǎn)速，我又在此基礎上加上了無線模塊，使得操作者能夠更加簡單的操作本產(chǎn)品，操作者只需簡單改變主控板的設定值，接收機即可將電機轉(zhuǎn)速控制在設定值以內(nèi)，誤差范圍控制在正負20r/s（轉(zhuǎn)/秒）。
一、   功能設計要點
1.        控制核心：接收和發(fā)射核心控制部分均采用STC12C5A60S2單片機進行控制
2.        顯示部分：接收機顯示采用普通的12864液晶顯示，發(fā)射部分為了減小其體積采用OLED液晶，功耗低，體積小，顯示效果好
3.        電機驅(qū)動部分：采用的是L298N電機驅(qū)動模塊，價格低，抗干擾能力強，安全性高，可靠性強，大大提高了電機的效率。
4.        速度檢測部分：采用44E開關型霍爾傳感器，成本低，電路簡單，可與單片機IO口直接連接，操作方便。
5.        無線數(shù)據(jù)傳輸采用NRF24L01無線模塊，工作在 2.4~2.5GHz 世界通用 ISM 頻段，工作電流只有 10.5mA， 接收時工作電流只有 18mA， 多種低功率工作模式， 功耗低。
6.        核心控制算法PID：此電路采用的是PID算法里的增量式算法，
file:///Z:\TEMP\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg
pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);
增量式算法不需做累加， 計算誤差和計算精度問題對控制量的計算影響較小；


四、系統(tǒng)工作原理方框圖




單片機源程序如下（無線接收部分）:
  1. #include <STC12C5A60S2.H>
  2. #include <intrins.h>
  3. #include"delay.h"
  4. #include"12864.h"
  5. #include "nrf24l01.h"
  6. #include"mian.h"
  7. #include "keyscan.h"
  8. #include"display.h"
  9. #include"display1.h"
  10. uchar code tab11[]="0123456789:";
  11. uchar RX_BUF[TX_PLOAD_WIDTH];
  12. uchar TX_BUF[TX_PLOAD_WIDTH];
  13. uchar flag;                   //讀取接收數(shù)據(jù)完成標志位
  14. uchar temp,fuck;
  15. uchar str[4];//存儲轉(zhuǎn)換的字符串
  16. int speed_change;
  17. sbit  pulse=P1^7 ;        //從此引腳輸出脈沖信號
  18. bit g_bPIDRunFlag = 0;
  19. uchar bdata sta;
  20. sbit  RX_DR         = sta^6; //接收數(shù)據(jù)中斷
  21. sbit  TX_DS         = sta^5; //數(shù)據(jù)發(fā)送完成中斷
  22. sbit  MAX_RT = sta^4; //達到最多次重發(fā)中斷
  23. //sbit led=P1^6;
  24. /**************************************************
  25. 函數(shù)：Check_ACK()

  27. 描述：
  28.     檢查接收設備有無接收到數(shù)據(jù)包，設定沒有收到應答信
  29.         號是否重發(fā)
  30. /**************************************************/
  31. uchar Check_ACK(bit clear)
  32. {   
  33.         while(IRQ);                                                          //等待應答
  34.         sta = SPI_RW(NOP);                    // 返回狀態(tài)寄存器
  35.         if(MAX_RT)                                                          //如果達到最大重發(fā)次數(shù)
  36.                 if(clear)                         // 是否清除TX FIFO，沒有清除在復位MAX_RT中斷標志后重發(fā)
  37.                 SPI_RW(FLUSH_TX);                          //清除TX FIFO
  38.         SPI_RW_Reg(WRITE_REG + STATUS, sta);  // 清除TX_DS或MAX_RT中斷標志
  39.         IRQ = 1;                                                          //中斷復位
  40.         if(TX_DS)                                                          //發(fā)送完成中斷
  41.                 return(0x00);
  42.         else
  43.                 return(0xff);
  44. }

  46. /****pid***/
  47. struct _pid{
  48.     double SetSpeed;           //定義設定值
  49.     double ActualSpeed;        //定義實際值
  50.     double err;                //定義偏差值
  51.     double err_last;            //定義上一個偏差值
  52.         double err_second;            //定義上一個偏差值
  53.     double Kp,Ki,Kd;            //定義比例、積分、微分系數(shù)
  54.     double voltage;          //定義電壓值（控制執(zhí)行器的變量）
  55.     double integral;            //定義積分值
  56. }pid;


  59. void PID_init(){

  61.     pid.SetSpeed=0;                           //定義設定值
  62.     pid.ActualSpeed=0;                    //定義實際值
  63.     pid.err=0;                                            //定義偏差值
  64.     pid.err_last=0;                                  //定義上一個偏差值
  65.     pid.voltage=0;                                  //定義電壓值（控制執(zhí)行器的變量）
  66.     pid.integral=0;                                          //定義積分值
  67.     pid.Kp=0.4956;                          //                  定義比例
  68.     pid.Ki=0.000197;                  //                   積分
  69.     pid.Kd=0.0004;                          //                    微分系數(shù)
  70.   //  printf("PID_init end \n");
  71. }

  73. float PID_realize(double speed)
  74. {
  75.     pid.SetSpeed=speed;         //實際值=每分鐘電機轉(zhuǎn)速
  76.     pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;  //轉(zhuǎn)速偏差=設定值-實際值
  77.     pid.integral+=pid.err;
  78.     pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);
  79. //        pid.voltage=pid.Kp*pid.err+(0.05/pid.Ki)*pid.integral+(pid.Kd/0.05)*(pid.err-pid.err_last);
  80.     pid.err_last=pid.err;
  81.     pid.ActualSpeed=pid.voltage*1;
  82.     return pid.ActualSpeed;
  83. }

  85. void init_timer(void)
  86. {        
  87.         
  88.         TMOD = 0x01;                //設置定時器模式
  89.         TL0 = 0x00;                //設置定時初值
  90.         TH0 = 0x28;                //設置定時初值

  92.     TR0=1;                 //啟動定時器1
  93.     ET0=1;                 //Timer1中斷禁止
  94.     IT0=1;                 //下降沿觸發(fā)方式
  95.     EX0=1;                 //外部INT0中斷允許
  96.     EA=1;                  //開全局中斷
  97. }


  100. void main()
  101. {        pulse=1;
  102.     lcd_init();
  103.         display();
  104.         delay_50_ms(50);
  105.         lcd_init();
  106.         PWM_init ();
  107.         init_timer() ;
  108.     PID_init();
  109.         NRF24L01_init();
  110.         RX_Mode();
  111. display_init();
  112. // DS1302_Init();
  113.         while(1)//循環(huán)
  114.         {         

  116.             
  117.                 sta = SPI_Read(STATUS);          // 讀狀態(tài)寄存器
  118.                 temp=sta;   
  119.                 temp=(temp>>1)&0x07;  
  120.             if(RX_DR)                                  // 判斷是否接受到數(shù)據(jù)
  121.                 {
  122.                         SPI_Read_Buf(RD_RX_PLOAD, RX_BUF, TX_PLOAD_WIDTH);  // 從RX FIFO讀出數(shù)據(jù)
  123.                         flag = 1;
  124.                 }
  125.                 SPI_RW_Reg(WRITE_REG + STATUS, sta);  // 清除RX_DS中斷標志
  126.                   if(flag)                           // 接受完成
  127.                 {
  128.                         flag = 0;                                                                                                                  
  129.                          sheding=RX_BUF[0]*10+RX_BUF[1];
  130. //                                xianshi(0x92,tab11[RX_BUF[0]/10],tab11[RX_BUF[0]%10]);
  131. //                                xianshi(0x94,tab11[RX_BUF[1]/10],tab11[RX_BUF[1]%10]);
  132. //                                xianshi(0x96,tab11[0],tab11[1]);  xianshi(0x97,tab11[2],tab11[3]);
  133.        }
  134.              if(g_bPIDRunFlag)        //PID調(diào)節(jié)
  135.                              {
  136.                                    g_bPIDRunFlag=0;
  137. //                                   pulse=0;
  138.                                    pid.ActualSpeed=zhuansu;          // pid.ActualSpeed-實際值  speed_c-每分鐘電機轉(zhuǎn)速
  139.                                    speed_change=PID_realize(sheding);//pid.ActualSpeed  rad_set
  140.                            //  printf("%f\n",speed);
  141.                         //          if(speed_change<0)
  142.                         //          speed_change=speed_change*(-1);
  143.                                   pwm_1=255-PID_realize(sheding);
  144.                              if(pwm_1>255)
  145.                                           {
  146.                                             pwm_1=254;
  147.                                                           PWM0_set(pwm_1); //設置PWM占空比
  148.                                           }
  149.                                           if(pwm_1<0)
  150.                                           {
  151.                                              pwm_1=0;                                                                                                                        
  152.                                                 PWM0_set(pwm_1);    //設置PWM占空比
  153.                                              }
  154.                                         PWM0_set(pwm_1);
  155. //                                         pulse=1;
  156.                              }
  157.                                  display2();
  158.                                  keyscan();
  159.     }   
  160. }         
  161. void INIT0(void) interrupt 0
  162. {
  163.          x1++;
  164.    
  165. }
  166. void timer1(void) interrupt 1
  167. {
  168.          static uchar a = 0;
  169.            TL0 = 0x00;                //設置定時初值
  170.            TH0 = 0x28;                //設置定時初值5MS
  171. //                   TL0 = 0x00;                //設置定時初值
  172. //        TH0 = 0x04;                //設置定時初值
  173. ……………………

  175. …………限于本文篇幅 余下代碼請從51黑下載附件…………
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所有資料51hei提供下載:
第二屆單片機大賽作品.zip (6.87 MB, 下載次數(shù): 154)




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10#
ID:701252 發(fā)表于 2020-10-17 09:37 | 只看該作者

學習了！謝謝樓主分享，正想學習pid調(diào)節(jié)呢！
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9#
ID:89217 發(fā)表于 2020-4-11 22:44 | 只看該作者
學習了。感謝分享
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8#
ID:110278 發(fā)表于 2020-4-7 14:16 | 只看該作者
資料挺全的，感謝分享。
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7#
ID:715082 發(fā)表于 2020-4-5 13:43 | 只看該作者
c03131401 發(fā)表于 2017-6-21 09:17
樓主為什么打開后都是問題！
NRF24L01.C(71): error C202: 'CSN': undefined identifier
NRF24L01.C(77): ...

您好，可能引腳定義丟失了，我也有問題，請問您有在軟件里找到3144霍爾P32引腳的定義嗎？萬望回復，謝謝您
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6#
ID:330988 發(fā)表于 2018-5-16 14:02 | 只看該作者
很好  可以學習一下
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5#
ID:288865 發(fā)表于 2018-4-22 15:05 | 只看該作者
正在學習謝謝
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地板
ID:312760 發(fā)表于 2018-4-20 22:44 | 只看該作者
好東西，正好學習pid調(diào)節(jié)
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板凳
ID:249545 發(fā)表于 2017-11-24 17:12 | 只看該作者
好文,好文,真不錯!
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沙發(fā)
ID:163950 發(fā)表于 2017-6-21 09:17 | 只看該作者
樓主為什么打開后都是問題！
NRF24L01.C(71): error C202: 'CSN': undefined identifier
NRF24L01.C(77): error C202: 'CE': undefined identifier
NRF24L01.C(102): error C202: 'CE': undefined identifier
NRF24L01.C(156): error C202: 'CE': undefined identifier
NRF24L01.C(166): error C202: 'CE': undefined identifier
NRF24L01.C(172): error C202: 'CE': undefined identifier
NRF24L01.C(173): error C202: 'CSN': undefined identifier
NRF24L01.C(174): error C202: 'SCK': undefined identifier
NRF24L01.C(175): error C202: 'IRQ': undefined identifier
Target not created
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樓主
ID:1 發(fā)表于 2017-6-19 22:13 | 只看該作者
好資料，51黑有你更精彩!!!
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