講稿2懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

1、80cm100cm15cm15cm15cm原點(diǎn)15cm任務(wù)任務(wù)設(shè)計(jì)一電機(jī)控制系統(tǒng)，控制物體在傾設(shè)計(jì)一電機(jī)控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜（仰角斜（仰角100100度）的板上運(yùn)動(dòng)。度）的板上運(yùn)動(dòng)。在一白色底板上固定兩個(gè)滑輪，兩只在一白色底板上固定兩個(gè)滑輪，兩只電機(jī)（固定在板上）通過穿過滑輪的電機(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(dòng)，運(yùn)動(dòng)范吊繩控制一物體在板上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)范圍為圍為80cm80cm100cm100cm。物體的形狀不限，。物體的形狀不限，質(zhì)量大于質(zhì)量大于100100克。物體上固定有淺色克。物體上固定有淺色畫筆，以便運(yùn)動(dòng)時(shí)能在板上畫出運(yùn)動(dòng)畫筆，以便運(yùn)動(dòng)時(shí)能在板上畫出運(yùn)動(dòng)軌跡。板上

2、標(biāo)有間距為軌跡。板上標(biāo)有間距為1cm1cm的淺色坐的淺色坐標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為標(biāo)線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標(biāo)原點(diǎn)直角坐標(biāo)原點(diǎn), , 示意圖如右。示意圖如右。懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（20052005年年e e題）題）基本要求基本要求（1 1）控制系統(tǒng)能夠通過鍵盤或其他方式任意設(shè)定坐標(biāo)）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)；點(diǎn)參數(shù)；（2 2）控制物體在）控制物體在80cm80cm100cm100cm的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運(yùn)的范圍內(nèi)作自行設(shè)定的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度不小于動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度不小于100cm100cm，物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠在，物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠在板上畫出

3、運(yùn)動(dòng)軌跡，限板上畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，限300300秒內(nèi)完成；秒內(nèi)完成；（3 3）控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為）控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為50cm50cm的圓周的圓周運(yùn)動(dòng)，限運(yùn)動(dòng)，限300300秒內(nèi)完成；秒內(nèi)完成；（4 4）物體從左下角坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，在）物體從左下角坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，在150150秒內(nèi)到達(dá)設(shè)定秒內(nèi)到達(dá)設(shè)定的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)( (兩點(diǎn)間直線距離不小于兩點(diǎn)間直線距離不小于40cm)40cm)。發(fā)揮部分要求發(fā)揮部分要求（1 1）能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標(biāo)；）能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標(biāo)；（2 2）控制物體沿板上標(biāo)出的任意曲線運(yùn)動(dòng)）控制物體沿板上標(biāo)出的任意曲線運(yùn)動(dòng)( (見

4、示意圖見示意圖) )，曲線在測(cè)試時(shí)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出，線寬曲線在測(cè)試時(shí)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出，線寬1.5cm1.5cm1.8cm1.8cm，總長(zhǎng)度約，總長(zhǎng)度約50cm50cm，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續(xù)的，長(zhǎng)約，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續(xù)的，長(zhǎng)約30cm30cm；后一部分是兩段總長(zhǎng)約；后一部分是兩段總長(zhǎng)約20cm20cm的間斷線段，間斷距的間斷線段，間斷距離不大于離不大于1cm1cm；沿連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)限定在；沿連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)限定在200200秒內(nèi)完成，沿秒內(nèi)完成，沿間斷曲線運(yùn)動(dòng)限定在間斷曲線運(yùn)動(dòng)限定在300300秒內(nèi)完成；秒內(nèi)完成；（3 3）其他。）其他。懸掛系統(tǒng)簡(jiǎn)介懸掛系統(tǒng)簡(jiǎn)介-電自院 聶蘇聶蘇 許靈燕許靈

5、燕 趙國海趙國海系統(tǒng)任務(wù)在如圖所示的坐標(biāo)紙上控制筆尖在如圖所示的坐標(biāo)紙上控制筆尖運(yùn)動(dòng)，分別完成運(yùn)動(dòng)，分別完成1：從坐標(biāo)原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到任一指定點(diǎn)：從坐標(biāo)原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到任一指定點(diǎn)2：在坐標(biāo)紙上任指定一點(diǎn)，以該點(diǎn)為：在坐標(biāo)紙上任指定一點(diǎn)，以該點(diǎn)為 圓心，圓心，25cm為半徑畫一圓為半徑畫一圓3：畫出另一種圖形（自定義）（我們：畫出另一種圖形（自定義）（我們 選擇的是正弦波）選擇的是正弦波）4：坐標(biāo)紙上貼有黑線，控制筆尖沿：坐標(biāo)紙上貼有黑線，控制筆尖沿黑線運(yùn)動(dòng)黑線運(yùn)動(dòng)懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)以單片機(jī)該系統(tǒng)以單片機(jī)89c51為控制系統(tǒng)的核心，為控制系統(tǒng)的核心，采用了步進(jìn)電機(jī)控制裝置、光電耦合傳感

6、采用了步進(jìn)電機(jī)控制裝置、光電耦合傳感器裝置和精確的控制算法來實(shí)現(xiàn)一個(gè)懸掛器裝置和精確的控制算法來實(shí)現(xiàn)一個(gè)懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。友好的操作界面和靈活的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。友好的操作界面和靈活的監(jiān)控方式是本設(shè)計(jì)的兩大特色，通過監(jiān)控方式是本設(shè)計(jì)的兩大特色，通過lcd顯示和鍵盤設(shè)定增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性，此顯示和鍵盤設(shè)定增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性，此外，除能任意尋點(diǎn)外還能繪制圓，正弦波。外，除能任意尋點(diǎn)外還能繪制圓，正弦波。 該系統(tǒng)組成該系統(tǒng)組成 主控單片機(jī)主控單片機(jī) 鍵盤顯示鍵盤顯示 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 尋跡用光電耦合管尋跡用光電耦合管 組成框圖 系統(tǒng)控制的基本原理和算法如圖所示，根據(jù)題意，以如圖所示，根據(jù)題意，以80cm

7、100cm圖紙的左下角為坐標(biāo)圓點(diǎn)，水平向右為圖紙的左下角為坐標(biāo)圓點(diǎn)，水平向右為x軸軸正方向，垂直向上為正方向，垂直向上為y軸正方向。并設(shè)兩滑軸正方向。并設(shè)兩滑輪的中心分別為輪的中心分別為a，b，筆尖的位置為，筆尖的位置為c（x1,y1）,要運(yùn)動(dòng)到要運(yùn)動(dòng)到d（x1,y2）點(diǎn)，只需）點(diǎn)，只需將繩子將繩子l1拉伸到拉伸到l3，l2縮到縮到l4。 根據(jù)勾股定理根據(jù)勾股定理 算出算出l1到到l3，l2到到l4繩子縮放長(zhǎng)度，再轉(zhuǎn)換成左右電機(jī)繩子縮放長(zhǎng)度，再轉(zhuǎn)換成左右電機(jī)分別需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度即可。分別需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度即可。當(dāng)然在由一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，不是當(dāng)然在由一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，不是一下子就到目的點(diǎn)。拿從（一

8、下子就到目的點(diǎn)。拿從（0，0）運(yùn)動(dòng)到）運(yùn)動(dòng)到（5，5）來說并不是直接算好左右電機(jī)要）來說并不是直接算好左右電機(jī)要運(yùn)行的距離就讓它運(yùn)行下去而是把它分割運(yùn)行的距離就讓它運(yùn)行下去而是把它分割成很多段。先（成很多段。先（0，0）到（）到（0.1，0.1）再）再（0.2，0.2）一直到（）一直到（5，5）。具體的運(yùn)）。具體的運(yùn)算就交給單片機(jī)了。單片機(jī)算好再把它轉(zhuǎn)算就交給單片機(jī)了。單片機(jī)算好再把它轉(zhuǎn)化成控制量控制電機(jī)就可以化成控制量控制電機(jī)就可以 了。走定點(diǎn)，了。走定點(diǎn)，畫圓，畫正弦都是這個(gè)原理。尋跡則需要畫圓，畫正弦都是這個(gè)原理。尋跡則需要借助傳感器了。（具體在后面介紹）借助傳感器了。（具體在后面介紹）

9、系統(tǒng)功能及其原理系統(tǒng)功能及其原理 走到定點(diǎn)走到定點(diǎn)畫畫 圓圓畫畫 正正 弦弦循跡運(yùn)動(dòng)循跡運(yùn)動(dòng)走到定點(diǎn)走到定點(diǎn) 指定一點(diǎn)坐標(biāo),懸掛物從原點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)到指定點(diǎn)坐標(biāo). 基本原理如前所述，只是在運(yùn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)取增量是按斜率取的，如從（0，0） 到（4，6），那第一點(diǎn)取的是（0.1,0.15）,而不是（0.1,0.1）,這樣確保整個(gè)過程是沿直線運(yùn)動(dòng)。畫畫 圓圓 指定圓心坐標(biāo),懸掛物先從原點(diǎn)運(yùn)行到圓心坐標(biāo),再以半徑25cm畫一個(gè)圓 根據(jù)圓心坐標(biāo)和半徑，把圓等分為800個(gè)點(diǎn)，再取這800個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，換算成 對(duì)應(yīng)的控制量。走完這800個(gè)點(diǎn)的軌跡就是所要的圓。畫畫 正正 弦弦 指定正弦曲線的起始點(diǎn)，以振幅25cm,周

10、期50cm(換算成橫軸坐標(biāo))畫一正弦 把正弦的起始坐標(biāo)x軸按0.1cm的步長(zhǎng)遞增，并算出相應(yīng)的y軸坐標(biāo)。50cm對(duì)應(yīng)500個(gè)點(diǎn)，走完這500個(gè)點(diǎn)的軌跡就是所要的正弦。循跡運(yùn)動(dòng)循跡運(yùn)動(dòng) 懸掛物先直線運(yùn)動(dòng)到黑色軌跡的起始點(diǎn)，再沿著懸掛物先直線運(yùn)動(dòng)到黑色軌跡的起始點(diǎn)，再沿著黑色軌跡運(yùn)動(dòng)，到達(dá)終點(diǎn)后停止運(yùn)動(dòng)。黑色軌跡運(yùn)動(dòng)，到達(dá)終點(diǎn)后停止運(yùn)動(dòng)。 尋軌跡中，我們?cè)趹覓煳矬w的左上和右上布置了兩個(gè)光電尋軌跡中，我們?cè)趹覓煳矬w的左上和右上布置了兩個(gè)光電耦合器。如圖所示，傳感器沒有檢測(cè)到軌跡時(shí)為低電平，耦合器。如圖所示，傳感器沒有檢測(cè)到軌跡時(shí)為低電平，當(dāng)有一個(gè)傳感器中有一個(gè)檢測(cè)到軌跡時(shí)，就變?yōu)楦唠娖?。?dāng)有一個(gè)傳感

11、器中有一個(gè)檢測(cè)到軌跡時(shí)，就變?yōu)楦唠娖?。?dāng)左上角的傳感器檢測(cè)到黑線，懸掛物向下走并向右走一當(dāng)左上角的傳感器檢測(cè)到黑線，懸掛物向下走并向右走一小步。當(dāng)右下角的傳感器檢測(cè)到黑線，懸掛物向上走并向小步。當(dāng)右下角的傳感器檢測(cè)到黑線，懸掛物向上走并向右走一小步。當(dāng)兩個(gè)都沒檢測(cè)到時(shí)向右走一小步。由于兩右走一小步。當(dāng)兩個(gè)都沒檢測(cè)到時(shí)向右走一小步。由于兩傳感器間距離大于黑線寬度，所以不會(huì)出現(xiàn)倆個(gè)都檢測(cè)到傳感器間距離大于黑線寬度，所以不會(huì)出現(xiàn)倆個(gè)都檢測(cè)到 的情況。程序中為防萬一，出現(xiàn)這種情況時(shí)往右走一小步。的情況。程序中為防萬一，出現(xiàn)這種情況時(shí)往右走一小步。單元電路的設(shè)計(jì)單元電路的設(shè)計(jì) 1、鍵盤電路的設(shè)計(jì)、鍵盤電

12、路的設(shè)計(jì) 2、顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì) 3、傳感器電路的設(shè)計(jì)傳感器電路的設(shè)計(jì)在鍵盤電路的設(shè)計(jì)中，我們采用了鍵盤采用在鍵盤電路的設(shè)計(jì)中，我們采用了鍵盤采用44矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤，處理方式采用行掃描法來識(shí)別鍵是否按下，再通過處理方式采用行掃描法來識(shí)別鍵是否按下，再通過zlg7290為主的電路將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，如圖十三所示。，為主的電路將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，如圖十三所示。，在顯示電路的設(shè)計(jì)中，我們采用了在顯示電路的設(shè)計(jì)中，我們采用了lcd顯示電路，如圖十四所示，顯示電路，如圖十四所示，通過串行方式傳輸數(shù)據(jù)，能夠顯示所需的文字，數(shù)字及圖案，接線通過串行方式傳輸數(shù)據(jù)，能夠顯示所需的文字，數(shù)字及圖案，

13、接線簡(jiǎn)單，引腳和單片機(jī)相連，不用其他驅(qū)動(dòng)模塊簡(jiǎn)單，引腳和單片機(jī)相連，不用其他驅(qū)動(dòng)模塊。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型三極管型、光敏電阻型、