0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于PIC18F458单片机和数字PID技术实现车载定向天线云台随动系统设计

电子设计 来源:世界产品与技术 作者:王迪,刘法胜,何克 2021-04-06 15:31 次阅读

在无线图像传输通信系统中,要获得较高的接收增益,需要定向接收天线对准信号发射源。本文针对由指挥车和被控车辆组成的应用平台,利用磁罗盘和GPS的定向、定位技术设计了车载定向天线云台随动系统。在该系统中,定向接收天线和磁罗盘固定在指挥车云台上,GPS接收机天线安装在指挥车上。通过随动系统控制云台转动,使定向接收天线实时对准移动中的被控车辆,以达到图像的最佳接收效果。

系统结构设计

该系统主要由GPS接收机、磁罗盘、定向天线云台和以PIC18F458单片机为核心的测控计算机组成,共分为数据采集、随动控制和机械传动三部分,系统的结构示意图如图1所示。

o4YBAGBxS86AQvbcAACvqIiGdl0176.png

图1中,①为指挥车上的GPS接收机,②为定向天线云台上的磁罗盘,③为定向天线云台,④为传动机构,⑤为直流力矩电机,⑥为功率放大器,⑦为测控计算机(PIC18F458),⑧为目标车辆的GPS(通过数据电台传送)。

数据采集处理部分由指挥车上的GPS接收机、磁罗盘和测控计算机等组成。指挥车和被控车辆通过GPS接收机实时获取自己的坐标位置,指挥车上 GPS数据通过串口发送到指挥车上的监控计算机。被控车辆GPS数据通过数据无线电台发送到指挥车上的监控计算机,再通过串口传给测控计算机。由磁罗盘获取定向天线云台当前方向角,通过串口传送到测控计算机。通过指挥车和被控车辆的坐标位置,计算出两者之间的方位角,并与由磁罗盘得到的当前方向角比较,得到云台应转动的角度数据。

系统的随动控制部分采用下载到测量控制计算机中的数字PID控制算法。PID控制器是根据系统的误差(本系统即为指挥车、被控车辆之间的方位角与云台当前方向角的偏差),利用比例、积分、微分计算出控制量对被控对象进行控制。通过实际系统的调试,确定PID控制器的参数

机械传动部分主要由功率放大器、减速器、直流力矩电机、定向天线云台等构成。该部分接收控制信号和反馈角度信息,完成云台的转动。

该车载定向天线云台随动系统是典型的闭环负反馈控制系统。计算得到指挥车和目标车辆的方位角,采集磁罗盘得到当前方向角为反馈信息,两者之差为机械部分的控制信号,控制信号经过PID数字调节器、D/A转换器、功率放大器、力矩电机、减速齿轮带动云台转动,使定向天线指向目标车辆,当控制信号减小为零时,定向天线云台停止转动。从而达到定向接收天线实时对准移动目标的最佳通信状态。定向天线云台随动系统控制结构如图2所示。

系统硬件设计及算法实现

系统硬件设计

该系统硬件的关键部分是以PIC18F458单片机为核心的测控计算机。PIC18F458是美国微芯公司推出的采用RISC设计的增强型单片机,它指令周期短、处理能力强、运算能力高,并带有丰富的外围模块。

测控计算机具有丰富的外部接口,在本系统中,用到了两路串口,一路D/A输出。测控计算机的配置框图如图3所示。

pIYBAGBxS8SAR4ReAACGKTmoXvU258.png

外围两路RS232串口分别用于磁罗盘、指挥车监控计算机(工控机)与测控计算机通信。测控计算机的数字量控制信息经D/A转换器,作为定向天线云台的模拟量转动信号,达到定向天线云台系统的随动功能。

方位角计算

在随动功能的实现中,天线的指向由指挥车和被控车辆决定,根据两车接收到的GPS数据来计算定向天线的方位角。方位角是指以天线旋转轴为轴,以地理北极为起始点,顺时针方向旋转到天线指向的方位所经过的角度。当指挥车上的定向天线对准目标时,此时图像的传输效果最佳。

按照地球模型画出GPS方位角图示,如图4所示。

o4YBAGBxS7eAZbcZAAC-sQbhZxA010.png

图中,A为指挥车,B为被控车辆。它们的坐标分别为(λ1,φ1),(λ2,φ2),θ1为两车的经度之差,θ2为两车的纬度之差,O为地心,O1为被控车辆的纬度平面圆的圆心,R为地球半径,r为被控车辆的纬度平面圆的半径。其中,θ1=∣λ1-λ2∣,θ2=∣φ1-φ2∣。

方位角的计算:

pIYBAGBxS7KAZV9JAABkRJCYjwQ061.png

由于指挥车和被控车辆的方位不同,方位角T取值如下:

(1)指挥车在目标的东北方向(包括北)时,T=π+∠BAC

(2)指挥车在目标的西北方向(包括西)时,T=π-∠BAC

(3)指挥车在目标的西南方向(包括南)时,T=∠BAC

(4)指挥车在目标的东南方向(包括东)时,T=2π-∠BAC

T∈[0°,360°]

PID控制算法

在随动控制中,采用数字PID技术,控制规律通过执行固化到测量控制计算机中的控制程序实现。在实际使用中,要求系统动态性能好、控制时间短、超调量小。

PID控制器由比例控制器、积分控制器、微分控制器线性组合而成,共同对被控对象进行控制,其控制表达式为: u(k)=K_{P}?e(k)+Ki?∑e(k)+

Kd?[(e(k)-e( k-1)]。本系统主流程图如图5所示。

o4YBAGBxS6yAFP09AAC2zVgTvKM002.png

结束语

该车载定向天线云台随动系统实现了天线的随动功能,接近了通信系统中定向天线对准目标源的理想状态,经过野外现场测试,该系统动作迅速、超调量小,达到了设计要求,取得了较满意的使用效果,在实际应用中具有较大的参考价值。

责任编辑:gt

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 单片机
    +关注

    关注

    5990

    文章

    43904

    浏览量

    619598
  • 计算机
    +关注

    关注

    19

    文章

    6617

    浏览量

    84030
  • 数据采集
    +关注

    关注

    38

    文章

    4354

    浏览量

    112260
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    室外定向天线产品介绍

    出的必须满足的技术指标。 八木定向天线八木定向天线,它是室内分布系统的室外接收天线的首选天线类型
    发表于 11-06 10:35

    PCB定向天线设计

    800M PCB定向天线设计,还请各位大神指导,据说F型可行,但是尺寸大小不知如何计算,求大神帮忙啊
    发表于 05-09 10:50

    无线网桥的全向天线定向天线是什么意思?

    是平常所说的有方向性。同全向天线一样,波瓣宽度越小,增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远,覆盖范围小,目标密度大,频率利用率高的环境。采用定向发射
    发表于 07-19 17:08

    采用PIC18F458实现CAN总线接口设计

    。philips公司的高速总线驱动器82c50,它采用双线差分驱动,抗干扰强。can总线驱动器与单片机接线如图1所示,为实现总线上节点之间的电气隔离 can驱动器通过高速光藕6n137与pic18f458进行
    发表于 06-11 05:00

    向天线定向天线有什么不同

    向天线定向天线的差异天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力,这就是天线的方向性。根据方向性的不同,天线有全向和
    发表于 06-11 06:47

    八木天线分配器双排定向天线制作方法分享

    技术才会提昇, 这也是业余无线电玩家的精神. 只要你完成了前一个单元的实验144MHz 九节八木天线, 那你要制作一个双排定向天线, 绝不是一件难事. 只要你有了分配器, 想要做几排定向天
    发表于 05-10 06:10

    如何利用磁罗盘和GPS的定向、定位技术设计车载定向天线系统

    本文针对由指挥车和被控车辆组成的应用平台,利用磁罗盘和GPS的定向、定位技术设计了车载定向天线
    发表于 05-17 06:21

    [组图]moxon定向天线

    moxon定向天线,基本属于线天线,用14#导线制成,目前在国外非常流行。特点是仅2个单元。一
    发表于 04-15 21:12 8300次阅读

    900MHz频段定向天线的制作

      这是一款简单易制的高增益定向天线,经典八木天线结构,如
    发表于 04-16 19:58 2609次阅读
    900MHz频段<b class='flag-5'>定向天线</b>的制作

    基于PIC18F458单片机的LCD显示

    基于PIC18F458单片机的LCD显示 针对电网质量检测系统的中文数据显示问题,介绍了一种利用新型单片机PIC18F458与液晶显示模块
    发表于 10-16 22:15 1644次阅读
    基于<b class='flag-5'>PIC18F458</b><b class='flag-5'>单片机</b>的LCD显示

    基于PIC18F458的CAN总线节点开发_张逸群

    基于PIC18F458的CAN总线节点开发_张逸群。
    发表于 05-06 11:29 6次下载

    2.4G定向天线之蚊香盘定向天线的制作

    蚊香盘定向天线制作资料
    发表于 11-15 17:29 19次下载
    2.4G<b class='flag-5'>定向天线</b>之蚊香盘<b class='flag-5'>定向天线</b>的制作

    定向天线原理_定向天线的典型形式

    定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强,而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率,增加保密性;采用
    发表于 12-11 15:07 9089次阅读
    <b class='flag-5'>定向天线</b>原理_<b class='flag-5'>定向天线</b>的典型形式

    定向天线的优缺点_定向天线的分类

    定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强,而在其它的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线定向天线 采用定向发射天线
    发表于 12-11 15:12 8896次阅读

    DIY一个典型的菱形定向天线

    电子发烧友网站提供《DIY一个典型的菱形定向天线.pdf》资料免费下载
    发表于 10-20 10:58 7次下载
    DIY一个典型的菱形<b class='flag-5'>定向天线</b>