專利名稱：一種用比例及微積分算法的自動調(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)光的強度直接影響到CCD的圖像接收信號，如果光線強了，CCD信號會太大，由于電路中運放的增益有電源電壓限制，很多信號被截掉，導致測量出來的數(shù)據(jù)誤差大。如果光線弱了，CCD信號小的話，又會測不到正確的信號。在同類產(chǎn)品中，往往存在一個問題，就是紅外發(fā)光的強度是固定的，而不同的汽車輪距軸距都不盡相同，所以測出來的數(shù)據(jù)多少都會有點誤差。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)整光線強度，這是個閉環(huán)的運算方式， 通過整套設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò)，定時的不斷反饋對面CCD所接收到信號強度，用PID算法來調(diào)整發(fā)光的強度。本發(fā)明用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置，包括單運放芯片、濾波電路、紅外發(fā)光管、網(wǎng)絡(luò)標簽及限流電阻；所述的網(wǎng)絡(luò)標簽用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號，網(wǎng)絡(luò)標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)制信號轉(zhuǎn)化為模擬信號， 濾波電路的輸出端與所述的單運放芯片的輸入端連接，所述的單運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，保護所述的紅外發(fā)光管。上述的用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置，其中，所述的單運放芯片設(shè)有五個端口，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放芯片的接地端口連接，并接地，所述的單運放芯片的電源輸入端口外接直流電源，所述的單運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放芯片的反饋輸入端口單向傳輸反饋電壓信號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調(diào)光裝置，其中，給所述的單運放芯片預設(shè)一個采樣值及一個目標電壓r(k)，所述的單運放芯片通過目標電壓r(k)及反饋電壓信號 c(k)計算偏差量，從而形成一個閉環(huán)控制。上述的用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置，其中，所述的目標電壓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，單運放芯片根據(jù)電壓r(k)及反饋電壓信號c(k)計算偏差量e(k)。步驟2，對偏差量e (k)進行限幅。步驟3，在系統(tǒng)控制進入穩(wěn)態(tài)后，單運放芯片預設(shè)一個輸出允許帶％，％是允許電壓波動范圍。步驟4，偏差量e (k)通過比例、積分及微分控制計算得到控制量u (k)。步驟5，計算脈沖寬度調(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，單運放芯片預設(shè)一個偏差量限幅值％，當|e(k)| 時，使|e(k)| = eM，進行步驟4。步驟2. 2，當I e (k) < %時，進行步驟3。上述的用比例及微積分算法的自動調(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|e(k) | < %時，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)定的進行，進行步驟6。步驟3. 2，當e (k) | > e0時，進行步驟4。上述的用比例及微積分算法的自動調(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為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(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)點和積極效果本發(fā)明用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置及其調(diào)節(jié)方法專門引入自動調(diào)節(jié)紅外發(fā)光強度的技術(shù)，利用PID算法來不斷的調(diào)整光線強度，這是個閉環(huán)的運算方式，通過整套設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò)，定時的不斷反饋對面CCD所接收到信號強度，用PID算法來調(diào)整發(fā)光的強度，使測得的數(shù)據(jù)精準度調(diào)高。以下，將通過具體的實施例做進一步的說明，然而實施例僅是本發(fā)明可選實施方式的舉例，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調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法的流程圖。
具體實施例方式根據(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調(diào)光裝置包括單運放芯片01、濾波電路02、紅外發(fā)光管03、網(wǎng)絡(luò)標簽04及限流電阻R2 ；網(wǎng)絡(luò)標簽04用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號，網(wǎng)絡(luò)標簽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)制信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，濾波電路02的輸出端與單運放芯片01的輸入端連接，單運放芯片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，保護紅外發(fā)光管03。單運放芯片01設(shè)有五個端口，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的另一端與單運放芯片01的接地端口 012 連接，并接地，單運放芯片01的電源輸入端口 015外接直流電源，單運放芯片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向單運放芯片01的反饋輸入端口 014單向傳輸反饋電壓信號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。給單運放芯片01預設(shè)一個采樣值及一個目標電壓r (k)，該目標電壓r (k)為 2. 5V，單運放芯片01通過目標電壓r(k)及反饋電壓信號c(k)計算偏差量，從而形成一個閉環(huán)控制。
其電路實現(xiàn)的原理是從網(wǎng)絡(luò)標簽04輸入脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，這個是根據(jù)接收到CCD信號來進行調(diào)整，就是個閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過濾波電阻Rl和濾波電容C3濾波后，PWM載波信號變成了模擬信號，就是直接轉(zhuǎn)化成可變化的穩(wěn)壓信號，與其連接的單運放芯片01是個簡單的射隨電路，作用是放大電流，因為紅外發(fā)光管03的電流要求是最大到 40mA, 一般的運放最大的驅(qū)動電流只能到20mA，再經(jīng)過一個22 Ω的限流電阻R2來使紅外發(fā)光管03發(fā)出光線，這個限流電阻R2是起到限流作用，保護紅外發(fā)光管03的。請參見附圖3所示，本發(fā)明用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置的調(diào)節(jié)方法至少包括如下的步驟步驟1，單運放芯片01根據(jù)電壓r(k)及反饋電壓信號c(k)計算偏差量e (k)。偏差量e (k)通過下述公式計算得到I e (k) | = r (k) -c (k)，為了確保裝置的穩(wěn)定運行，應(yīng)盡量使e(k) =0。步驟2，為了防止在運行初期，由于控制量u(k)過大使得脈寬調(diào)制解調(diào)占空比過大，對偏差量e(k)進行限幅。因為瞬間過大的占空比有時候可能會引起過大的電流，從而導致單運放芯片01的損壞。步驟2. 1，單運放芯片01預設(shè)一個偏差量限幅值eM,當| e (k) | > eM時，使| e (k) = eM，進行步驟4;步驟2. 2，當I e (k) < %時，進行步驟3。步驟3，在系統(tǒng)控制進入穩(wěn)態(tài)后，偏差量e(k)是很小的，如果偏差量e(k)在一個很小的范圍內(nèi)波動，單運放芯片01對這樣微小的偏差量e(k)計算后，將會輸出一個微小的控制量u (k)，此時輸出的控制量u (k)在一個很小的范圍內(nèi)，不斷改變自己的方向，頻繁動作， 發(fā)生振顫，這樣不利于正在充電的蓄電池。在控制進入穩(wěn)定狀態(tài)后，單運放芯片01預設(shè)一個輸出允許帶％，e0是允許電壓波動范圍，即目標值為2. 5V、e0為0. IV時，則允許電壓在 2. 4V-2. 6V之間不做調(diào)整。步驟3. 1，當|e(k) | < %時，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)定的進行，進行步驟6。步驟3. 2，當e (k) | > e0時，進行步驟4。步驟4，偏差量e (k)通過比例、積分及微分控制計算得到控制量u (k)。控制量u (k)通過下述公式計算得到
權(quán)利要求
1.一種用比例及微積分算法的自動調(diào)光裝置，其特征在于，包括單運放芯片(01)、濾波電路(02)、紅外發(fā)光管(03)、網(wǎng)絡(luò)標簽(04)及限流電阻(R2)；所述的網(wǎng)絡(luò)標簽(04)用于輸入脈沖寬度調(diào)制信號，網(wǎng)絡(luò)標簽(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)制信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，濾波電路(0 的輸出端與所述的單運放芯片(01)的輸入端連接，所述的單運放芯片(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調(diào)光裝置，其特征在于所述的單運放芯片(01)設(shè)有五個端口，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放芯片(01)的接地端口(012)連接，并接地，所述的單運放芯片(01)的電源輸入端(015)外接直流電源，所述的單運放芯片(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)向單運放芯片(01)的反饋輸入端口(014)單向傳輸反饋電壓信號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調(diào)光裝置，其特征在于給所述的單運放芯片(01)預設(shè)一個采樣值及一個目標電壓r(k)，所述的單運放芯片(01)通過目標電壓r(k)及反饋電壓信號c(k)計算偏差量，從而形成一個閉環(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調(diào)光裝置，其特征在于所述的目標電壓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，單運放芯片(01)根據(jù)電壓r(k)及反饋電壓信號c(k)計算偏差量e(k)；步驟2，對偏差量e(k)進行限幅；步驟3，在系統(tǒng)控制進入穩(wěn)態(tài)后，單運放芯片(01)預設(shè)一個輸出允許帶％，％是允許電壓波動范圍；步驟4，偏差量e(k)通過比例、積分及微分控制計算得到控制量u (k)；步驟5，計算脈沖寬度調(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，單運放芯片(01)預設(shè)一個偏差量限幅值％，當|e(k) I 時，使|e(k) | = eM，進行步驟4;步驟2. 2，當e(k) I ( eM時，進行步驟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|e(k)| 時，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)定的進行，進行步驟6 ； 步驟3. 2，當e(k) I > %時，進行步驟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為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(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調(diào)光裝置，包括單運放芯片、濾波電路、紅外發(fā)光管、網(wǎng)絡(luò)標簽及限流電阻；網(wǎng)絡(luò)標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)制信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，濾波電路的輸出端與單運放芯片的輸入端連接，單運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放芯片的輸出端及反饋端連接。本發(fā)明專門引入自動調(diào)節(jié)紅外發(fā)光強度的技術(shù)，利用PID算法來不斷的調(diào)整光線強度，這是個閉環(huán)的運算方式，通過整套設(shè)備的通訊網(wǎng)絡(luò)，定時的不斷反饋對面CCD所接收到信號強度，用PID算法來調(diào)整發(fā)光的強度，使測得的數(shù)據(jù)精準度調(diào)高。
文檔編號H05B37/02GK102238770SQ201010157560
公開日2011年11月9日 申請日期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 申請人:上海鼎盛汽車檢測設(shè)備有限公司