懸掛運動控制系統(tǒng)唐海健----代玉波----何中城

1、懸掛運動控制系統(tǒng)（E題）1、摘要：本系統(tǒng)采用MSP430單片機作為懸掛控制系統(tǒng)的檢測和控制核心，實現(xiàn)通過人機界面對物體所作運動進行設定，通過液晶實時顯示此時畫筆所在的坐標值；系統(tǒng)具有可畫出相應的運動軌跡，可自動跟蹤曲線運動等功能。運動參數(shù)的設定通過鍵盤輸入，系統(tǒng)通過比較當前畫筆所在位置與設定位置的差異以及運動類型，控制步進電機完成相應運動；曲線的跟蹤采用紅外傳感器來實現(xiàn)。在軟件控制上采用了Divide&Conquer和探測、預測相結(jié)合的方法把畫筆所要作的復雜運動分解成簡單的直線運動，然后控制電機實現(xiàn)。關(guān)鍵字：Divide&Conquer、步進電機、紅外傳感、MSP430Abstract:the

2、 system uses MSP430microcontrolleras the core of detection and controlof suspension control system,realizeman-machine interface throughsetting object,through the LCD displayat thecoordinateswhere thevalue ofthe brush;the systemcan draw corresponding motion track,canautomaticallytrackcurvemovement.Mo

3、tionparametersthrough the keyboard input,the system by comparing thecurrent penpositionandset the positiondifference and thetype of exercise,control stepper motor to completethe corresponding movement;curve trackingusing infrared sensorsto achieve.In the softwarecontrol by usingmethod of Divide& Con

4、querand detection,prediction ofcombination ofthe decomposition ofcomplex motionbrush tomakeinto linear motionsimple,then control themotorKeywords: Divide& Conquer,stepper motor,infrared sensor,MSP430.2、目錄一、前言.二、方案總體設計.三、單元模塊設計.四、系統(tǒng)調(diào)試.五、系統(tǒng)功能、指標參數(shù).六、軟件部分設計. (一)主程序圖. (二)畫圓子程序. (三)尋跡子程序.七、參考文獻.八、設計體會.一、

5、 前言在現(xiàn)代生活中，懸掛控制系統(tǒng)的應用越來越多，因此，懸掛部件的運動精確性是整個系統(tǒng)工作效能的決定因素，而在實際生產(chǎn)生活中，要實現(xiàn)懸掛運動控制系統(tǒng)的精確控制是非常困難的。我們采用MSP430單片機和步進電機設計了懸掛運動控制系統(tǒng)，由單片機產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動有精確步距的步進電機，電機帶動懸掛部件在平面上做特定的精確運動。同時，采用液晶顯示坐標信息。二、 方案總體設計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，主要利用光電傳感器檢測法，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。首先單片機根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)來計算物體要移動的距離并控制物體往坐標的大概方向運動，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

6、格,并經(jīng)過A/D送給單片機，單片機通過特定的算法計算出物體的坐標，并控制電機的轉(zhuǎn)動來控制物體往坐標進發(fā)，在此過程中單片機不斷計算，不斷調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和方向使懸掛物體做一定路線的移動。但其缺點是，電路復雜，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。單片機由輸入的數(shù)據(jù)來計算物體要移動的距離，直接發(fā)出控制脈沖來控制電機的轉(zhuǎn)動，進而控制物體的運動方向。由于少了反饋電路，系統(tǒng)的精度只與單片機所采用的算法準確性有關(guān)，此種

7、方式電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低且易于調(diào)整和維護，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，本設計應選方案2為宜。三、單元模塊設計1. 電機選擇方案1. 直流電機直流電機又分為直流無刷電機和直流有刷電機，是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機，其優(yōu)點是有良好的線性調(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. 步進電機步進電機是多種機電設備中被廣泛應用的一種電機，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、五相步進電機分別有三個、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電機的“相序”。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當定子中的繞組在相

8、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，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。另外步進電機還有動態(tài)響應快易于起停，易于正反速及變速等優(yōu)點。綜合上面所述，為易于單片機控制，本設計采用方案2。2.系統(tǒng)組成系統(tǒng)驅(qū)動線路如圖3所示，由單片機MSP430分別驅(qū)動步進電機M1、M2，并用液晶顯示其坐標。圖3 系統(tǒng)控制硬件框圖四、 系統(tǒng)調(diào)試所做實際運動范圍為30x50cm。M1、M2電機共四種運轉(zhuǎn)組合方式，分別為M1正轉(zhuǎn)M2正轉(zhuǎn)、M1正傳M2反轉(zhuǎn)

9、、M1反轉(zhuǎn)M2正轉(zhuǎn)、M1反轉(zhuǎn)M2反轉(zhuǎn)。 物體做直線運動從圖4可以看到假設任意一點（x0，y0），到達（x1，y1）圖4 直線算法圖則兩點間距為：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假設變量i,1 = i = n;所以每一步的坐標值為(i*dx+x0,i*dy+y0) 物體做圓周運動圖5 圓周算法圖五、 系統(tǒng)功能、指標參數(shù)1.功能在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運動，運動范圍為80cm100cm。物體的形狀不限，質(zhì)量大于1

10、00克。物體上固定有淺色畫筆，以便運動時能在板上畫出運動軌跡。板上標有間距為1cm的淺色坐標線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標原點,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定坐標點參數(shù)；控制物體在80cm100cm的范圍內(nèi)作自行設定的運動，運動軌跡長度不小于100cm，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限300秒內(nèi)完成；控制物體作圓心可任意設定、直徑為50cm的圓周運動，限300秒內(nèi)完成；物體從左下角坐標原點出發(fā)，在150秒內(nèi)到達設定的一個坐標點(兩點間直線距離不小于40cm)。六、 軟件部分設計1. 主程序圖2. 畫圓子程序3. 尋跡子程序七、 參考文獻1 黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計（第2版）.北京航空航天大學出版社，2011.022 沈建華等.MSP430系列16位超低功率單片機原理與應用.清華大學出版社，2012.07八、心得體會了解題目要