懸掛運動控制系統(tǒng)唐海健----代玉波----何中城

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上懸掛運動控制系統(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)。 

2、關鍵字：Divide & Conquer、步進電機、紅外傳感、MSP430Abstract: the system uses MSP430 microcontroller as the core of detection and control of suspension control system, realize man-machine interface through setting object, through the LCD display at the

3、0;coordinates where the value of the brush; the system can draw corresponding motion track, can automatically track curvemovement. Motion parameters through the keyboard input, the system by comparing the current pen position

4、and set the position difference and the type of exercise,control stepper motor to complete the corresponding movement; curve tracking using infrared sensors to achieve. In the software control by using method of Divide& Conquer and "det

5、ection, prediction of" combination ofthe decomposition of complex motion brush to make into linear motion simple, then control the motorKeywords: Divide & Conquer, stepper motor, infrared sensor, MSP430.2、目錄一、前言.二、方案總體設計.三、單元模

6、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、 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

7、傳感器檢測法，結構圖如圖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)字控制的結構圖如圖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。

8、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，此種方式電路結構簡單，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)子構成。定子的主要結構是繞組。三相、四相、

9、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)子的主要結構是磁性轉(zhuǎn)軸，當定子中的繞組在相序信號作用下，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

10、，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)、M1反轉(zhuǎn)M2正轉(zhuǎn)、M1反轉(zhuǎn)M2反轉(zhuǎn)。<1> 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) <

11、2> 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80cm×100cm。物體的形狀不限，質(zhì)量大于100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80cm×100cm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，201