超声波PID控制电机转速实现与代码

"该资源是一个基于Arduino的程序，实现了通过超声波测距与PID控制算法来调整电机转速的功能，以保持一个设定的目标高度。其中，电机的PWM控制是关键，超声波用于获取当前距离，PID算法则用于计算需要的电机速度调整量。" 在超声波PID控制电机转速的应用中，有几个核心知识点： 1. **超声波测距**：超声波传感器通过发送短脉冲并测量回波时间来计算与目标物之间的距离。在这个项目中，`Trig`引脚用于发送超声波脉冲，`Echo`引脚接收返回的脉冲。`pulseIn()`函数用于读取回波脉冲的宽度，从而计算出距离。公式`distance = speed_of_sound * time / 2`（其中速度约为343m/s，但在这里转换为mm并乘以0.1725以适应传感器）被用于将微秒转换为毫米。 2. **PID控制器**：PID（比例-积分-微分）控制是一种常用的自动控制策略，用于调整系统的输出以跟踪设定值。在这个案例中，PID参数`P_dat`（比例）、`I_dat`（积分）和`D_dat`（微分）分别决定了控制响应的速度、稳定性及对误差变化的敏感度。`err0`, `err1`, 和 `err2` 保存了连续的误差值，用于计算PID算法的输出。 3. **PWM调速**：PWM（脉宽调制）是一种控制电机转速的方法，通过改变脉冲的宽度来模拟电压的大小。在Arduino中，`analogWrite()`函数用于设置PWM输出。`curPWM`变量存储了当前的PWM值，其范围被限制在70到120之间，以确保电机在一个合适的转速范围内运行。 4. **中断处理**：`Timer1.attachInterrupt(getHeight)`将`getHeight`函数连接到定时器中断，这意味着每当定时器事件发生时，都会执行这个函数。这有助于定期更新当前的高度值，以便PID控制器可以做出反应。 5. **程序流程**：在`loop()`函数中，首先检查是否有新的目标高度通过串口发送过来。如果有，就更新目标高度。然后，如果超声波传感器已经完成了测距（标志位`getFlag`为1），就会调用`ballPIDCalc()`函数，计算新的PWM值以调整电机转速。计算结果会被限制在安全范围内，然后应用到电机的PWM输出。 通过这样的设计，系统能够实时监测物体的高度，并通过PID控制器自动调整电机转速，使得物体始终保持在设定的高度上。这种技术在自动化、机器人以及许多其他需要精确位置控制的领域中非常常见。