文档介绍：Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse悬挂运动控制系统[2005年电子大赛二等奖]作者:广西师范大学黄钦宁李树海莫琼华发布时间:2006-8-2916:48:38摘要:本系统采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制中心,由直流步进电机、红外收发对管、4*4键盘及中文液晶显示屏构成的悬挂运动控制系统。该系统能自由控制悬挂物体完成自行设定运动、画圆运动、沿黑线运动等,并能正确显示物体到达的坐标位置。关键词:SPCE061A单片机 中文液晶显示屏 逼近画圆算法一、方案的选择与论证1、单片机选择方案一:采用传统的8位89C51单片机作为运动物体的控制中心。51单片机具有价格低廉,使用简单等特点,但其运算速度低,功能单一,RAM、ROM空间小等缺点。本题目在确定圆周坐标值时,需要进行大量的浮点数运算,若采用89C51需要做RAM,ROM来扩展其内存空间,其硬件工作量必然大大增多。方案二:采用16位单片机SPCE061A作为运动物体的控制中心。SPCE061A具有丰富的资源:RAM,ROM空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压、可编程音频处理,易于编写和调试等优点。尤其在复杂的数学运算,其运算速度快,精度高,在控制步进电机时运行速度比一般51单片机快。基于上述分析,拟选择方案二。2、电动机选择方案一:用步进电机实现物体的精确定位和方向控制。步进电机是一种脉冲控制电机,它是一种能将脉冲信号转换为角位移的数模转换器,可广泛用于无需反馈控制但要求有精确位置的场合。方案二:采用带旋转编码器控制直流电机,电机运转平稳,精度可以得到保证。但其驱动电路复杂,在短时间内难与实现。在本题中因考虑到控制画笔画图准确性和电路的复杂性,拟选择选用方案一,并采用控制性能高的步进电机来控制运动物体。3、控制物体运动算法方案一:直线插补法。直线插补法是在绘图系统中常用的一种逐点比较算法。它的原理是:执行机构每走一步,都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较,看当前位置和轨迹位置的关系,从而确定下一步的进给方向。如果当前位置在给定轨迹的下方,下一步向给定轨迹的上方走,反之则相反。如果当前位置在给定轨迹的里面,下一步向给定轨迹的外面走,反之则相反。这样走一步看一步,决定下一步走向,形成"逐点比较",使走线逼近给定轨迹。方案二:直线简易算法。这种算法是根据计算机图形学中直线的显示方法改变而来,基本原理也是"逐点比较",执行机构根据当前位置和轨迹位置的关系,从而确定下一步的进给方向,但是数据的处理过程不同。在直线插补法中,一次循环只能确定一个走向(X向或Y向),而在直线简易算法中,一次循环可以走两步,这样可以大大提高效率。同时,直线插补法要考虑象限的问题,不同的象限有不同的计算公式,而直线简易算法绕开了象限的问题,可以节省很多代码。结合软件编程的难易和上面的比较,拟选择选用方案二。4、黑线探测模块方案一: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,这是一种很普遍的应用,但是它存在着缺点:(1)由于反射距离较短,红外反射功率小,如果板面的纸凹凸不平或白纸表面有杂物,也会使单片机误判。(2)由于板面的黑线可能是墨水或者胶布,两种虽然都是黑色,但经实际应用发现其反光程度均不同,也会对红外传感器造成一定的干扰。方案二: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。光敏电阻对环境光的识别,要求考虑外界环境光的影响,测试时可能在室内或室外,为了消除外界光照强度的干扰,在每个光敏电阻旁边加了一个高亮度发光二极管,这样每个光敏电阻的环境一样,即使在黑暗的条件下也可以正常工作。测试结果表明使用这种方法就可以消除外界光的干扰。基于上面的讨论,选用了抗干扰能力强的方案二。5、显示方案方案一:采用LED数码管显示器。LED数码管亮度高,醒目,但是其电路复杂,占用资源较多,显示信息量较小。方案二:采用汉字LCD液晶显示器。LCD有明显的优点:微功耗、尺寸小,超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适;可以用中文LCD液晶进行菜单显示,使整个控制系统更加人性化。基于上面的比较分析和现有的LCD器件,拟选用方案二。二、系统的具体设计与实现1、系统的总体设计方案如图1所示采用凌阳16位SPCE061A单片机作为运动物体的控制中心,进行数学计算、对光电传感器送来的信号进行处理来控制运动物体的运行方向、计算运行物体的坐标位置、LCD数据显示、键盘控制等。图 1系统原理图2、系统硬件设计与计算(1)电机驱动电路的设计与实现图2电机驱动电路具体电路如图2,该电路采用L298驱动芯片,L298驱动