懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)唐海健----代玉波----何中城

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)（E題）1、摘要：本系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)作為懸掛控制系統(tǒng)的檢測和控制核心，實(shí)現(xiàn)通過人機(jī)界面對物體所作運(yùn)動進(jìn)行設(shè)定，通過液晶實(shí)時顯示此時畫筆所在的坐標(biāo)值；系統(tǒng)具有可畫出相應(yīng)的運(yùn)動軌跡，可自動跟蹤曲線運(yùn)動等功能。運(yùn)動參數(shù)的設(shè)定通過鍵盤輸入，系統(tǒng)通過比較當(dāng)前畫筆所在位置與設(shè)定位置的差異以及運(yùn)動類型，控制步進(jìn)電機(jī)完成相應(yīng)運(yùn)動；曲線的跟蹤采用紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)。在軟件控制上采用了Divide & Conquer和"探測、預(yù)測"相結(jié)合的方法把畫筆所要作的復(fù)雜運(yùn)動分解成簡單的直線運(yùn)動，然后控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)。 

2、關(guān)鍵字：Divide & Conquer、步進(jìn)電機(jī)、紅外傳感、MSP430Abstract: the system uses MSP430 microcontroller as the core of detection and control of suspension control system, realize man-machine interface through setting object, through the LCD display at the

3、0;coordinates where the value of the brush; the system can draw corresponding motion track, can automatically track curvemovement. Motion parameters through the keyboard input, the system by comparing the current pen position

4、and set the position difference and the type of exercise,control stepper motor to complete the corresponding movement; curve tracking using infrared sensors to achieve. In the software control by using method of Divide& Conquer and "det

5、ection, prediction of" combination ofthe decomposition of complex motion brush to make into linear motion simple, then control the motorKeywords: Divide & Conquer, stepper motor, infrared sensor, MSP430.2、目錄一、前言.二、方案總體設(shè)計(jì).三、單元模

6、塊設(shè)計(jì).四、系統(tǒng)調(diào)試.五、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù).六、軟件部分設(shè)計(jì). (一)主程序圖. (二)畫圓子程序. (三)尋跡子程序.七、參考文獻(xiàn).八、設(shè)計(jì)體會.一、 前言在現(xiàn)代生活中，懸掛控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，因此，懸掛部件的運(yùn)動精確性是整個系統(tǒng)工作效能的決定因素，而在實(shí)際生產(chǎn)生活中，要實(shí)現(xiàn)懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)的精確控制是非常困難的。我們采用MSP430單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)了懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)，由單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動有精確步距的步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)帶動懸掛部件在平面上做特定的精確運(yùn)動。同時，采用液晶顯示坐標(biāo)信息。二、 方案總體設(shè)計(jì)1. 方案選擇方案1. 閉環(huán)數(shù)字控制方式 閉環(huán)數(shù)字控制方式，主要利用光電

7、傳感器檢測法，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。首先單片機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)來計(jì)算物體要移動的距離并控制物體往坐標(biāo)的大概方向運(yùn)動，紅外發(fā)射接收器來探測懸掛物體移動了多少個1x1cm的小方格,并經(jīng)過A/D送給單片機(jī)，單片機(jī)通過特定的算法計(jì)算出物體的坐標(biāo)，并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動來控制物體往坐標(biāo)進(jìn)發(fā)，在此過程中單片機(jī)不斷計(jì)算，不斷調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向使懸掛物體做一定路線的移動。但其缺點(diǎn)是，電路復(fù)雜，不但要求要有A/D電路，光電探測電路，還要其電路要做得十分精確。圖1 閉環(huán)數(shù)字控制方案2.開環(huán)數(shù)字控制方式開環(huán)數(shù)字程序控制方式,即沒有反饋系統(tǒng)，開環(huán)數(shù)字控制的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。由圖可看出，此種控制方式與上面的控制方式少了反饋電路。

8、單片機(jī)由輸入的數(shù)據(jù)來計(jì)算物體要移動的距離，直接發(fā)出控制脈沖來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制物體的運(yùn)動方向。由于少了反饋電路，系統(tǒng)的精度只與單片機(jī)所采用的算法準(zhǔn)確性有關(guān)，此種方式電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低且易于調(diào)整和維護(hù)，是一種較理想的方式。圖2 開環(huán)數(shù)字控制方式綜上所訴，本設(shè)計(jì)應(yīng)選方案2為宜。三、單元模塊設(shè)計(jì)1. 電機(jī)選擇方案1. 直流電機(jī)直流電機(jī)又分為直流無刷電機(jī)和直流有刷電機(jī)，是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高的效率，但其數(shù)字控制方面較難把握。方案2. 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是多種機(jī)電設(shè)備中被廣泛應(yīng)用的一種電機(jī)，它主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子的主要結(jié)構(gòu)是繞組。三相、四相、

9、五相步進(jìn)電機(jī)分別有三個、四個、五個繞組，其它以此類推。繞組按一定的通電順序工作著，這個通電順序我們稱為步進(jìn)電機(jī)的“相序”。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當(dāng)定子中的繞組在相序信號作用下，有規(guī)律的通電、斷電工作時，轉(zhuǎn)子周圍就會有一個按此規(guī)律變化的電磁場，因此一個按規(guī)律變化的電磁力就會作用在因此轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。另外步進(jìn)電機(jī)還有動態(tài)響應(yīng)快易于起停，易于正反速及變速等優(yōu)點(diǎn)。綜合上面所述，為易于單片機(jī)控制，本設(shè)計(jì)采用方案2。2.系統(tǒng)組成系統(tǒng)驅(qū)動線路如圖3所示，由單片機(jī)MSP430分別驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)M1、M2

10、，并用液晶顯示其坐標(biāo)。圖3 系統(tǒng)控制硬件框圖四、 系統(tǒng)調(diào)試所做實(shí)際運(yùn)動范圍為30x50cm。M1、M2電機(jī)共四種運(yùn)轉(zhuǎn)組合方式，分別為M1正轉(zhuǎn)M2正轉(zhuǎn)、M1正傳M2反轉(zhuǎn)、M1反轉(zhuǎn)M2正轉(zhuǎn)、M1反轉(zhuǎn)M2反轉(zhuǎn)。<1> 物體做直線運(yùn)動從圖4可以看到假設(shè)任意一點(diǎn)（x0，y0），到達(dá)（x1，y1）圖4 直線算法圖則兩點(diǎn)間距為：L2 = (x1 x0)2 + (y1 y0)2可把線段L等分成n段，即 n = L/0.5，則dx = (x1 - x0)/n, dy = (y1 y0)/n假設(shè)變量i,1 <= i <= n;所以每一步的坐標(biāo)值為(i*dx+x0,i*dy+y0) <

11、2> 物體做圓周運(yùn)動圖5 圓周算法圖五、 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)1.功能在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機(jī)（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運(yùn)動，運(yùn)動范圍為80cm×100cm。物體的形狀不限，質(zhì)量大于100克。物體上固定有淺色畫筆，以便運(yùn)動時能在板上畫出運(yùn)動軌跡。板上標(biāo)有間距為1cm的淺色坐標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標(biāo)原點(diǎn), 示意圖如下。   2. 參數(shù)控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)定坐標(biāo)點(diǎn)參數(shù)；控制物體在80cm×100cm的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運(yùn)動，運(yùn)動軌跡長度不小于100cm，物體在運(yùn)動時能夠在板上畫出運(yùn)動軌跡，限300秒內(nèi)完成；控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為50cm的圓周運(yùn)動，限300秒內(nèi)完成；物體從左下角坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，在150秒內(nèi)到達(dá)設(shè)定的一個坐標(biāo)點(diǎn)(兩點(diǎn)間直線距離不小于40cm)。六、 軟件部分設(shè)計(jì)1. 主程序圖2. 畫圓子程序3. 尋跡子程序七、 參考文獻(xiàn)1 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第2版）.北京航空航天大學(xué)出版社，2011.022 沈建華等.MSP430系列16位超低功率單片機(jī)原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，201