文档介绍：悬挂运动控制系统(E题)设计报告
摘要:本悬挂控制系统是一个电机控制系统,控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动,并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件,采用57BYG007-4型步进电机和高细分步进电机驱动器SM-60作为动力装置,采用红外反射式光电传感器实现画板上黑色线寻迹检测,显示部分用液晶显示模块LCD1602实现。
关键词:悬挂控制、单片机、步进电机、红外反射式光电传感器
一、设计要求
1、任务
设计一电机控制系统,控制物体在倾斜(仰角≤100度)的板上运动。
在一白色底板上固定两个滑轮,两只电机(固定在板上)通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动,运动范围为80cm×100cm。物体的形状不限,质量大于100克。物体上固定有浅色画笔,以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线(不同于画笔颜色),左下角为直角坐标原点, 示意图如下。
2、基本要求:
(1)控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数;
(2)控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动,运动轨迹长度不小于100cm,物体在运动时能够在板上画出运动轨迹,限300秒内完成;
(3)控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动,限300秒内完成;
(4)物体从左下角坐标原点出发,在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。
3、发挥部分
(1)能够显示物体中画笔所在位置的坐标;
(2)控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图),曲线在测试时现场标出,~,总长度约50cm,颜色为黑色;曲线的前一部分是连续的,长约30cm;后一部分是两段总长约20cm的间断线段,间断距离不大于1cm;沿连续曲线运动限定在200秒内完成,沿间断曲线运动限定在300秒内完成;
(3)其他。
4、评分标准
项目
满分
基本要求
设计与总结报告:方案比较、设计与论证,理论分析与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器,测试数据及测试结果分析。
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第(1)项
10
完成第(2)项中连续线段运动
14
完成第(2)项中断续线段运动
16
其他
10
5、说明
1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准,应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合,同时尽量缩短运动时间;
2、若在某项测试中运动超过限定的时间,该项目不得分;
3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时,该项目不得分;
4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中,物体开始运动前,允许手动将物体定位;开始运动后,不能再人为干预物体运动;
5、竞赛结束时,控制系统封存上交赛区组委会,测试用板(板上含空白坐标纸) 测试时自带。
二、方案论证与选择
方案一:FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成键盘定义与识别、电机工作状态选择与切换、液晶电路的驱动与控制等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑、操作方便,而且可以使用的I/O口线很多;缺点是调试时需要接很多接线,过程繁琐,而且使用CPLD时,由于其内部没有ROM,对功能的实现有所限制。
方案二:单片机方式。即由单片机、电机驱动电路及电机等组成系统。使用单片机也可以完成键盘定义与识别、电机工作状选择与切换等功能,组成的系统规模较小,有一定灵活性,而且可以使用我们比较熟悉的单片机最小系统电路板,减少了工作量。该控制方式需要单片机具有较大的程序存储量,所以可选择存储量为8K的AT89S52单片机。
基于以上分析,拟选用方案二。
    电机驱动模块是本系统的执行机构,用于控制悬挂物体的运动。
    方案1:采用普通小型直流电机。普通直流电机由于其自身结构的限制,控制精度很低,无法达到系统要求的指标,这里不予采用。
    方案2:采用专用步进电机驱动器及与其配套的步进电机。用这种方案的控制精度、效率和可靠性都很高。
根据精度要求选择方案二。
方案一:采用多路阵列式光敏电阻组成的光电探测器。因为光敏电阻探测到黑线时,黑线上方的电阻值发生变化,经过电压比较器比较将信号送给单片机处理,从而控制物体做相应的动作。但由于光敏电阻对环境光的识别,容易受到外界环境光的影响。,
方案二:采用红外反射式探测,即用已调的红外线垂直射到板面,经反射后转换为电信号送入单片机处理。由于使用的是红外线,不受外界自然光的影响,循迹效果好。
基于上面的讨论,选用了抗干扰能力强的方案二。
方案一:采用LED数码管显示器。LED