文档介绍：工程训练四(测控方向)
悬挂运动控制系统
设计报告
目录
一、方案总体设计 3
(一)任务设计 3
(二)设计要求 4
(三)系统基本方案 4
(四)各模块的选择 5
二、系统的具体设计与实现 6
三、理论分析与计算: 7
四、电源部分电路设计 9
五、软件部分设计 12
六、程序流程 14
(一)主流程图 14
(二)画圆子程序 15
(三)寻迹子程序 16
七、程序编辑 17
八、设计体会 22
一、方案总体设计
(一)任务设计
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, 如示意图1。
图1
(二)设计要求
1、控制动作要求:
(1)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;
(2)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;
(3)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);
(4)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;
2、控制系统设计要求:
(1)应用于、4×4矩阵键盘、LCD点阵式显示器及步进电机驱动电路组成控制系统。能够通过键盘任意设定坐标点参数,使用显示器显示物体中画笔所在位置的坐标及物体运动的时间;
(2)完成上述系统的硬件设计,绘制控制系统原理图及PCB板图,制作、调试电路;
(3)设计控制程序;
(4)撰写设计与总结报告;
(三)系统基本方案
根据设计要求,需要实现勾画设定轨迹和对设定轨迹的搜寻功能,并能实时的显示物体中画笔所在位置坐标。其系统方案框图如图2所示。图中多圈电位器安装在两个动滑轮上,电机收放线长度就会通过多圈电位器转换成电压值,通过A/D转换后送入单片机;反射式光电传感器对黑线进行检测,以脉冲信号的形式送入单片机,同时按键信号送入单片机对物体进行设置校正以及轨迹参数设定,控制器对送来的信号进行分析、运算、处理,将控制信号输送到电机驱动模块,
控制电动机的转速,使物体的运动轨迹得以控制。
图2 系统方案框图
(四)各模块的选择
1、核心控制模块:
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89S52单片机。
2、电机的选择:
选用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响;而且步进电机只有周期性的误差而无累积误差,因而用步进电机来控制位置比用直流电机简单。使用两相四相八拍式步进电机。
3、电动机驱动方式:
电机设置为四相八拍,一方面消除了两相同时失电的可能性,同时电机的驱动能力比二相四拍时大了很多,足够使画笔装置正常工作。在使用3-8译码器的同时,该驱动电路至少也要占用单片机的6个口线,限制了单片机,不能做成闭环系统,可靠性有所降低。
4、速度采集方案:
采用霍尔集成片。该器件内部由三片霍尔金属板组成,当磁铁正对金属板时,由于霍尔效应,金属板发生横向导通,因此可以在电机上安装磁片,而将霍尔集成片安装在固定轴上,通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。
二、系统的具体设计与实现
以单片机89S52为核心,使用L298专用电机驱动芯片完成三个方面的功能:处理键盘数据;控制液晶显示;控制电机的运行状态。充分运用了89S52的各个接口,减少了模块调用,也使系统更为可靠。系统组成及原理框图如图3所示。
图3 系统组成及原理框图
单元模块设计:
1、吊绳及画笔装置
按照题目要求,该装置中所吊物体的重量为102克,为了减少吊物与斜板间的摩擦,在吊物与板接触的面上安装三个滚珠。考虑到我们现有步进电机的驱动能力,当物体吊在板的中间位