專利名稱:一種用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)調(diào)光裝置,具體涉及一種在CCD四輪定位儀產(chǎn)品中的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù):
在CCD (Charge-coupled Device,電荷耦合元件)四輪定位儀產(chǎn)品中,紅外發(fā)光的強(qiáng)度直接影響到CCD的圖像接收信號(hào),如果光線強(qiáng)了,CCD信號(hào)會(huì)太大,由于電路中運(yùn)放的增益有電源電壓限制,很多信號(hào)被截掉,導(dǎo)致測(cè)量出來的數(shù)據(jù)誤差大。如果光線弱了,CCD信號(hào)小的話,又會(huì)測(cè)不到正確的信號(hào)。在同類產(chǎn)品中,往往存在一個(gè)問題,就是紅外發(fā)光的強(qiáng)度是固定的,而不同的汽車輪距軸距都不盡相同,所以測(cè)出來的數(shù)據(jù)多少都會(huì)有點(diǎn)誤差。鑒于上述問題,本發(fā)明公開了一種用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法。其具有如下文所述之技術(shù)特征,以解決現(xiàn)有的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法,它利用PID (P 比例;I 積分;D 微分)算法來不斷的調(diào)整光線強(qiáng)度,這是個(gè)閉環(huán)的運(yùn)算方式, 通過整套設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò),定時(shí)的不斷反饋對(duì)面CCD所接收到信號(hào)強(qiáng)度,用PID算法來調(diào)整發(fā)光的強(qiáng)度。本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,包括單運(yùn)放芯片、濾波電路、紅外發(fā)光管、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽及限流電阻;所述的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號(hào),網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽與所述的濾波電路的輸入端連接,所述的濾波電路將輸入的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào), 濾波電路的輸出端與所述的單運(yùn)放芯片的輸入端連接,所述的單運(yùn)放芯片用于放大電流, 使輸出的電流滿足所述的紅外發(fā)光管的額定電流,確保紅外發(fā)光管正常發(fā)光,所述的紅外發(fā)光管通過所述的限流電阻與單運(yùn)放芯片的輸出端及反饋端連接,所述的限流電阻用于限制流經(jīng)紅外發(fā)光管的電流大小,保護(hù)所述的紅外發(fā)光管。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其中,所述的單運(yùn)放芯片設(shè)有五個(gè)端口,分別是輸出端口、接地端口、輸入端口、反饋輸入端口及電源輸入端口。所述的紅外發(fā)光管設(shè)有四個(gè)端口,分別是端口一、端口二、端口三及端口四。所述的濾波電路包括濾波電阻及濾波電容,所述的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽與所述的濾波電阻的一端連接,所述的濾波電阻的另一端與所述的單運(yùn)放芯片的輸入端口及濾波電容的一端連接,濾波電容的另一端與所述的單運(yùn)放芯片的接地端口連接,并接地,所述的單運(yùn)放芯片的電源輸入端口外接直流電源,所述的單運(yùn)放芯片的輸出端口及反饋輸入端口分別與所述的限流電阻的一端連接,限流電阻的另一端與所述的紅外發(fā)光管的端口三連接,所述的紅外發(fā)光管的端口三向單運(yùn)放芯片的反饋輸入端口單向傳輸反饋電壓信號(hào)c (k),紅外發(fā)光管的端口四接地。
上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其中,給所述的單運(yùn)放芯片預(yù)設(shè)一個(gè)采樣值及一個(gè)目標(biāo)電壓r(k),所述的單運(yùn)放芯片通過目標(biāo)電壓r(k)及反饋電壓信號(hào) c(k)計(jì)算偏差量,從而形成一個(gè)閉環(huán)控制。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其中,所述的目標(biāo)電壓r(k)為 2. 5V。一種應(yīng)用于上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其中,該方法至少包括如下步驟步驟1,單運(yùn)放芯片根據(jù)電壓r(k)及反饋電壓信號(hào)c(k)計(jì)算偏差量e(k)。步驟2,對(duì)偏差量e (k)進(jìn)行限幅。步驟3,在系統(tǒng)控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,單運(yùn)放芯片預(yù)設(shè)一個(gè)輸出允許帶%,%是允許電壓波動(dòng)范圍。步驟4,偏差量e (k)通過比例、積分及微分控制計(jì)算得到控制量u (k)。步驟5,計(jì)算脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量AD。步驟6,更新 u(k),e(k)為目前值;u(k-l) = u(k),e(k-l) = e (k), e (k_2)= e(k-l)。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其中,所述的步驟1中, 偏差量e(k)通過如下公式計(jì)算得到|e(k) I = r(k)-c(k)。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其中,所述的步驟2中還包括步驟2.1,單運(yùn)放芯片預(yù)設(shè)一個(gè)偏差量限幅值%,當(dāng)|e(k)| 時(shí),使|e(k)| = eM,進(jìn)行步驟4。步驟2. 2,當(dāng)I e (k) < %時(shí),進(jìn)行步驟3。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其中,所述的步驟3中還包括步驟3. 1,當(dāng)|e(k) | < %時(shí),不改變控制量u (k),從而不改變脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量Δ D,使過程能夠穩(wěn)定的進(jìn)行,進(jìn)行步驟6。步驟3. 2,當(dāng)e (k) | > e0時(shí),進(jìn)行步驟4。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其中,所述的步驟4中的控制量u (k)通過如下公式計(jì)算得到u (k) =u (k-1) +a0e (k) +a^ (k一1) +a2e (k-2)其中,ει。=Kp+Ki+Kd = Kjl+T/Ti+T/T] ;&1 = _Kp_2Kd = _Kp[l+2Td/T] ;a2 = Kd = KpTd/T。Kp為比例系數(shù)Ji為積分時(shí)間常數(shù);Td為微分時(shí)間常數(shù);Kp為比例系數(shù)成為積分系數(shù),Ki = VTi ;Kd 為微分系數(shù),Kd = KpTd ;Ki = KpIVTi ;Kd = KpTd/T。上述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其中,所述的步驟5中的脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量AD可通過如下公式計(jì)算得到AD = u(k)/TxPR。其中,TxPR為周期寄存器的值。
本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法由于采用了上述方案, 使之與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法專門引入自動(dòng)調(diào)節(jié)紅外發(fā)光強(qiáng)度的技術(shù),利用PID算法來不斷的調(diào)整光線強(qiáng)度,這是個(gè)閉環(huán)的運(yùn)算方式,通過整套設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò),定時(shí)的不斷反饋對(duì)面CCD所接收到信號(hào)強(qiáng)度,用PID算法來調(diào)整發(fā)光的強(qiáng)度,使測(cè)得的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度調(diào)高。以下,將通過具體的實(shí)施例做進(jìn)一步的說明,然而實(shí)施例僅是本發(fā)明可選實(shí)施方式的舉例,其所公開的特征僅用于說明及闡述本發(fā)明的技術(shù)方案,并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
為了更好的理解本發(fā)明,可參照本說明書援引的以供參考的附圖,附圖中圖1是本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的PID控制的原理框圖;圖2是本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的電路圖;圖3是本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求和發(fā)明內(nèi)容所公開的內(nèi)容,本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下所述。請(qǐng)參見附圖1及附圖2所示,本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置包括單運(yùn)放芯片01、濾波電路02、紅外發(fā)光管03、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽04及限流電阻R2 ;網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽04用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號(hào),網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽04與濾波電路02的輸入端連接,濾波電路02將輸入的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào),濾波電路02的輸出端與單運(yùn)放芯片01的輸入端連接,單運(yùn)放芯片01用于放大電流,使輸出的電流滿足紅外發(fā)光管03的額定電流,確保紅外發(fā)光管 03正常發(fā)光,紅外發(fā)光管03通過限流電阻R2與單運(yùn)放芯片01的輸出端及反饋端連接,限流電阻R2用于限制流經(jīng)紅外發(fā)光管03的電流大小,保護(hù)紅外發(fā)光管03。單運(yùn)放芯片01設(shè)有五個(gè)端口,分別是輸出端口 011、接地端口 012、輸入端口 013、反饋輸入端口 014及電源輸入端口 015 ;紅外發(fā)光管03設(shè)有四個(gè)端口,分別是端口一 031、端口二 032、端口三033及端口四0;34 ;濾波電路02包括濾波電阻Rl及濾波電容C3, 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽04與濾波電阻Rl的一端連接,濾波電阻Rl的另一端與單運(yùn)放芯片01的輸入端口 013及濾波電容C3的一端連接,濾波電容C3的另一端與單運(yùn)放芯片01的接地端口 012 連接,并接地,單運(yùn)放芯片01的電源輸入端口 015外接直流電源,單運(yùn)放芯片01的輸出端口 011及反饋輸入端口 014分別與限流電阻R2的一端連接,限流電阻R2的另一端與紅外發(fā)光管03的端口三033連接,紅外發(fā)光管03的端口三033向單運(yùn)放芯片01的反饋輸入端口 014單向傳輸反饋電壓信號(hào)c (k),紅外發(fā)光管03的端口四034接地。濾波電阻Rl的阻值為100ΚΩ,濾波電容C3的電容量為luf,限流電阻R2的阻值為22 Ω。給單運(yùn)放芯片01預(yù)設(shè)一個(gè)采樣值及一個(gè)目標(biāo)電壓r (k),該目標(biāo)電壓r (k)為 2. 5V,單運(yùn)放芯片01通過目標(biāo)電壓r(k)及反饋電壓信號(hào)c(k)計(jì)算偏差量,從而形成一個(gè)閉環(huán)控制。
其電路實(shí)現(xiàn)的原理是從網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽04輸入脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào),這個(gè)是根據(jù)接收到CCD信號(hào)來進(jìn)行調(diào)整,就是個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),經(jīng)過濾波電阻Rl和濾波電容C3濾波后,PWM載波信號(hào)變成了模擬信號(hào),就是直接轉(zhuǎn)化成可變化的穩(wěn)壓信號(hào),與其連接的單運(yùn)放芯片01是個(gè)簡(jiǎn)單的射隨電路,作用是放大電流,因?yàn)榧t外發(fā)光管03的電流要求是最大到 40mA, 一般的運(yùn)放最大的驅(qū)動(dòng)電流只能到20mA,再經(jīng)過一個(gè)22 Ω的限流電阻R2來使紅外發(fā)光管03發(fā)出光線,這個(gè)限流電阻R2是起到限流作用,保護(hù)紅外發(fā)光管03的。請(qǐng)參見附圖3所示,本發(fā)明用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法至少包括如下的步驟步驟1,單運(yùn)放芯片01根據(jù)電壓r(k)及反饋電壓信號(hào)c(k)計(jì)算偏差量e (k)。偏差量e (k)通過下述公式計(jì)算得到I e (k) | = r (k) -c (k),為了確保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行,應(yīng)盡量使e(k) =0。步驟2,為了防止在運(yùn)行初期,由于控制量u(k)過大使得脈寬調(diào)制解調(diào)占空比過大,對(duì)偏差量e(k)進(jìn)行限幅。因?yàn)樗查g過大的占空比有時(shí)候可能會(huì)引起過大的電流,從而導(dǎo)致單運(yùn)放芯片01的損壞。步驟2. 1,單運(yùn)放芯片01預(yù)設(shè)一個(gè)偏差量限幅值eM,當(dāng)| e (k) | > eM時(shí),使| e (k) = eM,進(jìn)行步驟4;步驟2. 2,當(dāng)I e (k) < %時(shí),進(jìn)行步驟3。步驟3,在系統(tǒng)控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,偏差量e(k)是很小的,如果偏差量e(k)在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng),單運(yùn)放芯片01對(duì)這樣微小的偏差量e(k)計(jì)算后,將會(huì)輸出一個(gè)微小的控制量u (k),此時(shí)輸出的控制量u (k)在一個(gè)很小的范圍內(nèi),不斷改變自己的方向,頻繁動(dòng)作, 發(fā)生振顫,這樣不利于正在充電的蓄電池。在控制進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后,單運(yùn)放芯片01預(yù)設(shè)一個(gè)輸出允許帶%,e0是允許電壓波動(dòng)范圍,即目標(biāo)值為2. 5V、e0為0. IV時(shí),則允許電壓在 2. 4V-2. 6V之間不做調(diào)整。步驟3. 1,當(dāng)|e(k) | < %時(shí),不改變控制量u (k),從而不改變脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量Δ D,使過程能夠穩(wěn)定的進(jìn)行,進(jìn)行步驟6。步驟3. 2,當(dāng)e (k) | > e0時(shí),進(jìn)行步驟4。步驟4,偏差量e (k)通過比例、積分及微分控制計(jì)算得到控制量u (k)??刂屏縰 (k)通過下述公式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.一種用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其特征在于,包括單運(yùn)放芯片(01)、濾波電路(02)、紅外發(fā)光管(03)、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽(04)及限流電阻(R2);所述的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽(04)用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號(hào),網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽(04)與所述的濾波電路(0 的輸入端連接,所述的濾波電路(0 將輸入的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào),濾波電路(0 的輸出端與所述的單運(yùn)放芯片(01)的輸入端連接,所述的單運(yùn)放芯片(01)用于放大電流,使輸出的電流滿足所述的紅外發(fā)光管(0 的額定電流,確保紅外發(fā)光管(0 正常發(fā)光,所述的紅外發(fā)光管 (03)通過所述的限流電阻(R2)與單運(yùn)放芯片(01)的輸出端及反饋端連接,所述的限流電阻(R2)用于限制流經(jīng)紅外發(fā)光管(03)的電流大小,保護(hù)所述的紅外發(fā)光管(03)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其特征在于所述的單運(yùn)放芯片(01)設(shè)有五個(gè)端口,分別是輸出端口(011)、接地端口(012)、輸入端口(013)、反饋輸入端(014)及電源輸入端口(015);所述的紅外發(fā)光管(0 設(shè)有四個(gè)端口,分別是端口一(031)、端口二(032)、端口三 (033)及端口四(034);所述的濾波電路(0 包括濾波電阻(Rl)及濾波電容(C3),所述的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽(04)與所述的濾波電阻(Rl)的一端連接,所述的濾波電阻(Rl)的另一端與所述的單運(yùn)放芯片(01) 的輸入端口(01 及濾波電容(O)的一端連接,濾波電容(O)的另一端與所述的單運(yùn)放芯片(01)的接地端口(012)連接,并接地,所述的單運(yùn)放芯片(01)的電源輸入端(015)外接直流電源,所述的單運(yùn)放芯片(01)的輸出端口(011)及反饋輸入端口(014)分別與所述的限流電阻(R2)的一端連接,限流電阻(R2)的另一端與所述的紅外發(fā)光管(03)的端口三 (033)連接,所述的紅外發(fā)光管(0 的端口三(033)向單運(yùn)放芯片(01)的反饋輸入端口(014)單向傳輸反饋電壓信號(hào)c(k),紅外發(fā)光管(03)的端口四(034)接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其特征在于給所述的單運(yùn)放芯片(01)預(yù)設(shè)一個(gè)采樣值及一個(gè)目標(biāo)電壓r(k),所述的單運(yùn)放芯片(01)通過目標(biāo)電壓r(k)及反饋電壓信號(hào)c(k)計(jì)算偏差量,從而形成一個(gè)閉環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,其特征在于所述的目標(biāo)電壓r(k)為2. 5V。
5.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其特征在于該方法至少包括如下步驟步驟1,單運(yùn)放芯片(01)根據(jù)電壓r(k)及反饋電壓信號(hào)c(k)計(jì)算偏差量e(k);步驟2,對(duì)偏差量e(k)進(jìn)行限幅;步驟3,在系統(tǒng)控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,單運(yùn)放芯片(01)預(yù)設(shè)一個(gè)輸出允許帶%,%是允許電壓波動(dòng)范圍;步驟4,偏差量e(k)通過比例、積分及微分控制計(jì)算得到控制量u (k);步驟5,計(jì)算脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量AD ;步驟 6,更新 u (k),e (k)為目前值;u (k-1) = u (k),e (k_l) = e (k), e (k_2) = e (k_l)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其特征在于所述的步驟1中,偏差量e(k)通過如下公式計(jì)算得到e(k) I =r(k)-c (k)0
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其特征在于所述的步驟2中還包括步驟2. 1,單運(yùn)放芯片(01)預(yù)設(shè)一個(gè)偏差量限幅值%,當(dāng)|e(k) I 時(shí),使|e(k) | = eM,進(jìn)行步驟4;步驟2. 2,當(dāng)e(k) I ( eM時(shí),進(jìn)行步驟3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其特征在于所述的步驟3中還包括步驟3.1,當(dāng)|e(k)| 時(shí),不改變控制量u(k),從而不改變脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量AD,使過程能夠穩(wěn)定的進(jìn)行,進(jìn)行步驟6 ; 步驟3. 2,當(dāng)e(k) I > %時(shí),進(jìn)行步驟4。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其特征在于所述的步驟4中的控制量u (k)通過如下公式計(jì)算得到u(k) = u (k-1) +a0e (k) +a^ (k-1) +a2e (k~2);其中,ει。= Kp+Ki+Kd = Kjl+T/Ti+VT] ;Ei1 = -Kp-2Kd = _Kp[l+2Td/T] ;a2 = Kd = KpTd/T ;Kp為比例系數(shù)Ji為積分時(shí)間常數(shù);Td為微分時(shí)間常數(shù);KP為比例系數(shù)成為積分系數(shù), Ki = VTi ;Kd 為微分系數(shù),Kd = KpTd 成=KpIVTi ;Kd = KpTd/T。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法,其特征在于所述的步驟5中的脈沖寬度調(diào)制的占空比變化量AD可通過如下公式計(jì)算得到Δ D = u (k)/TxPR ;其中,TxPR為周期寄存器的值。
全文摘要
一種用比例及微積分算法的自動(dòng)調(diào)光裝置,包括單運(yùn)放芯片、濾波電路、紅外發(fā)光管、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽及限流電阻;網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽與濾波電路的輸入端連接,濾波電路將輸入的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào),濾波電路的輸出端與單運(yùn)放芯片的輸入端連接,單運(yùn)放芯片用于放大電流,使輸出的電流滿足紅外發(fā)光管的額定電流,確保紅外發(fā)光管正常發(fā)光,紅外發(fā)光管通過限流電阻與單運(yùn)放芯片的輸出端及反饋端連接。本發(fā)明專門引入自動(dòng)調(diào)節(jié)紅外發(fā)光強(qiáng)度的技術(shù),利用PID算法來不斷的調(diào)整光線強(qiáng)度,這是個(gè)閉環(huán)的運(yùn)算方式,通過整套設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò),定時(shí)的不斷反饋對(duì)面CCD所接收到信號(hào)強(qiáng)度,用PID算法來調(diào)整發(fā)光的強(qiáng)度,使測(cè)得的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度調(diào)高。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102238770SQ201010157560
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者戎洲杰 申請(qǐng)人:上海鼎盛汽車檢測(cè)設(shè)備有限公司