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（5）系统界面：状态显示、上位机监控、参数设定等。 上述功能可以分成两大类：
第一类包括1-3功能，它们属于需要精确时间周期执行，因此可以在一个周期定时中断里完成。第二类包括4-5功能。它的执行不需要精确的时间周期。可以放在程序的主程序中完成[10]。这两类任务之间可以通过全局变量实现相互的通讯。主程序框架如图5.1所示。
图 6.1.1 主程序框架
图6.1.1中，程序上电运行后，便进行单片机的初始化。初始化的工作包括有两部分，一部分是对于单片机各个应用到的模块进行初始化。第二部分是应用程序初始化，是对于车模控制程序中应用到的变量值进行初始化。初始化完成后，首先进入车模直立检测子程序。该程序通过读取加速度计的数值判断车模是否处于直立状态。如果一旦处于直立状态则启动车模直立控制、方向控制以及速度控制。程序在主循环中不停发送监控数据，在通过串口发送到上位机进行监控。同时检查车模是否跌倒。跌倒判断可以通过车模倾角是否超过一定范围进行确定，或者通过安装在车模前后防撞支架上的微动开关来判断。一定车模跌倒，则停止车模运行。包括车模直立控制、速度控制以及方向控制。然后重新进入车模直立判断过程[13]。车模的直立控制、速度控制以及方向控制都是在中断程序中完成。通过全局标志变量确定是否进行这些闭环控制。中断程序框架如图6.1.2 所示。
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图 6.1.2 中断服务程序框架
图6.1.2中，使用XS128的一个定时器，产生一毫秒的周期中断。中断服务程序的任务被均匀分配在0-4的中断片段中。因此每个中断片段中的任务执行的频率为200Hz。将任务分配到不同的中断片段中，一方面防止这些任务累积执行时间超过1毫秒，扰乱一毫秒中断的时序，同时也考虑到这些任务之间的时间先后顺序[11]。这些任务包括：
（1）电机测速脉冲计数器读取与清除。累积电机转动角度。累积电机速度，为后面车模速度控制提供平均数；
（2）启动AD转换。由于AD转换启动到完成需要一定时间。所以读取AD 转换在下一个时间片段中。
（3）读取AD转换值。这些值包括有陀螺仪、加速度计数值、电磁场检测电压值等。读取完毕之后，便进行车模直立控制过程。包括车模角度计算、直立控制计算、电机PWM输出等。
（4）车模速度控制：在这个时间片段中，又进行0-19计数。在其中第0片段中，进行速度PID调节。因此，速度调节的周期为100毫秒。也就是每秒钟调节10次。
（5）车模方向控制：根据前面读取的电磁场检波数值，计算偏差数值。然后计算电机差模控制电压数值。 6.2调试与参数整定
好的开发和调试工具以及测试环境能够加快产品开发速度，提高调试精度，减少工作量。本章将对开发和调试工具以及测试环境作相关说明。本智能车在开发和调试中所使用开发环境为CodeWarrior IDE5.0，并配合BDM。通过以上各软件工具配合使用，再加上良好的测试环境，使得小车开发和调试能够顺利而快速地完成。调试界面如图6.2.1
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所示：
图6.2.1 CodeWarrior IDE5.0调试界面
实际优化参数需要通过一定的工程步骤最终确定，这个过程称为参数整定。为了保证调试顺利，一般需要配合上位机串口监控程序，能够实时显示程序运行采集到的各种数据，通过曲线或者数字显示出来，帮助确定一些待定参数，判断程序BUG，加快程序调试，确定控制参数的优化数值[12]。俗话说，欲善其工，必先利其器。开发制作相应的辅助调试工作，不仅可以大大加快调试的进度，同时也会锻炼同学们解决工程问题的能力。
下面给出程序调试的一般步骤，作为参考。
（1）电机PWM输出调试：程序给出两个电机固定的PWM输出。测试电机转速以及转向是否符合设定的要求。在此过程中，测试车模电机死区补偿电压数值：MOTOR_OUT_DEAD_VAL。
（2）陀螺仪和加速度计零偏调试：获得这两个传感器零点的偏移量。保持车模直立静止。读取两个传感器AD转换值，记录下来，作为后面程序中的零偏常量。
（3）测试车模直立判断程序和跌倒判断程序。此时禁止车模直立控制环节，通过读取加速度计的数值，判断车模是否直立或者跌倒。
（4）车模直立控制调试：
只启动车模直立控制，调整两个控制参数：倾角比例和角速度比例，使得车模能够稳定的直立。此时由于没有速度控制，车模可能会朝一个方向加速行驶。
可以通过微调加速度计的零偏值，减小车模在直立的时候朝一个方向的加速度。尽
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量控制车模静止。
（5）车模速度控制调试：
启动车模的直立控制和速度控制，调节速度控制的PI参数，使得车模能够静止稳定在一个地点。然后再给定一个设定速度，车模可以稳定的前行或者后退。
（6）车模方向控制调试：
启动车模的直立控制、速度控制和方向控制。将车模放在电磁导引跑道上，车模可以稳定在跑道上运行。
7.总结与展望
（1）制作成果
经过大半年的“飞思卡尔”智能车的制作和研究过程中，从赛道的电源制作、信号检测模块再到小车的主板的制作；从小车可以勉强直立，分析其可行性来让小车得到提速。我们一步一步地走过来，从中学到了不少的知识，总结了不少的经验。在每个阶段中，我们都尽量地将小车改进和完善，争取达到最优效果。
（2）问题与思考
在智能车的制作过程中，我们的小车曾经出现过很多问题，如小车在行驶的中途突然趴下，循迹传感器撞坏，电机驱动烧毁，因为信号微弱经常冲出赛道等问题，或多或少拖慢了我们的进度，但经队员们不断的努力，和指导老师的帮助，我们从硬件和软件上做了一步步的改良和升级，渐渐对各模块有了深入的认识，对整体有了清晰的把握，我们在不断的前进的同时，小车也不断的加速前进。
（3）不足与改进
从小车总体性能各因素考虑，小车系统分为采集、处理、控制三部分。对于采集部分：由于电磁组特点决定了小车的前瞻比较小，而前瞻的大小对速度是有着很大的影响。在这个过程中，我们分析了电感的各种摆放方式对磁场的检测结果。电磁组的传感器的摆放具有比较大的灵活性，这是优点。但对采集回来的信息如何进行有效处理是个难题。由于我们对空间磁场的具体分布的认识不足，也没找到比较好的分析方法，只是运用最简单的左右手法则来确定。这是我们队不足的地方，没有科学的分析方法。关于处理和控制部分：传感器的摆放决定了控制算法。由于没有太多的时间与分析，我们采用的是最简单的摆放方式，但也是很有效的方式，因为信号变化在区间内单调，而双排传感器的摆放能够得到一定的前瞻距离（电磁组的车长度不限）。但长度不是越长越好，太长
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的话容易在过弯的时候检测到临近的赛道而冲出跑道。在控制算法上，由于整车控制为三闭环控制系统，直立为根本，为直接实现，而调速和循迹作为间接实现。若参数整定不到位，极可能出现环路与环路之间的耦合现象，导致小车无法稳定行使。除此之外，机械结构的布局也从侧面决定了小车提升的空间。
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参考文献
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