4G手機天線報告

摘要本系統(tǒng)采用12V和24V雙電源供電，以TI的MSP430F5529單片機為控制核心，通過步進電機控制AY-LCD1000傳感器的位置，使得傳感器可以掃完規(guī)定范圍，從而檢測到金屬，并顯示聲光信息。同時可以通過鍵盤設(shè)定運行模式并且讀出系統(tǒng)當前狀態(tài)，具有較好人機界面。本設(shè)計簡潔方便，電機控制穩(wěn)定可靠，經(jīng)測試，本系統(tǒng)基本完成了題目所要求的各項基本指標。關(guān)鍵字：AY-LCD1000MSP430F5529步進電機TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)方案1\o"CurrentDocument"1.1驅(qū)動電機的論證與選擇1\o"CurrentDocument"1.2顯示模塊的論證與選擇2\o"CurrentDocument"1.3底座模塊的論證與選擇2\o"CurrentDocument"1.4控制系統(tǒng)的論證與選擇3\o"CurrentDocument"2系統(tǒng)理論分析與計算3\o"CurrentDocument"2.1電動機選型3\o"CurrentDocument"2.2驅(qū)動與控制算法4\o"CurrentDocument"3機械與電路及程序設(shè)計4\o"CurrentDocument"3.1機械設(shè)計43.1.1旋轉(zhuǎn)臂桿與擺桿4\o"CurrentDocument"3.2電路的設(shè)計43.2.1電源電路設(shè)計43.2.2電機驅(qū)動電路設(shè)計5\o"CurrentDocument"3.3程序的設(shè)計53.2.1程序功能描述與設(shè)計思路53.2.2程序流程圖5\o"CurrentDocument"4測試方案與測試結(jié)果6\o"CurrentDocument"4.1測試方案6\o"CurrentDocument"4.2測試條件與儀器6\o"CurrentDocument"4.3測試結(jié)果及分析64.3.1測試結(jié)果（數(shù)據(jù)）64.3.2測試分析與結(jié)論6附錄一：電路原理圖7附錄二：源程序8

金屬物體探測定位器（B題）【本科組】1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由電源模塊、電機驅(qū)動模塊、AY-LDC1000檢測模塊、顯示模塊組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。電機模塊傳感器模塊鍵盤模塊顯示模塊控制模塊電機模塊傳感器模塊鍵盤模塊顯示模塊控制模塊電源模塊圖一系統(tǒng)框圖1.1驅(qū)動電機的論證與選擇方案一：普通直流伺服電機普通直流伺服電機有價格低使用簡單等優(yōu)點，但其扭矩較小，可控性差，此系統(tǒng)要求控制精度高速度快，故直流電機不能滿足要求。方案二：減速電機減速電機克服了普通直流電機扭矩小的缺點，而且價格較低，但其可控性不太好，難以精確控制。方案三：步進電機步進電機具有轉(zhuǎn)角精確可控的優(yōu)點，速度和轉(zhuǎn)角都能控制，適用于精確控制系統(tǒng)。只是價格稍高。綜合以上三種方案，為保證穩(wěn)定可靠，選用方案三。1.2顯示模塊的論證與選擇方案一：TFT液晶彩屏。TFT液晶顯示器上的每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。從而

可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。色彩感強，能夠構(gòu)成良好的人機交互界面。但是缺點是比較耗電，成本也較高，而且顯示時刷屏的速度比較慢，占用的內(nèi)存比較大。方案二：液晶屏12864。12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64，內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。12864能夠滿足題目中的顯示要求，但是由于本題的顯示部分要求不高，因此采用它有點小題大做。方案三：NOKIA5110顯示器。NOKIA5110是一款基于圖形顯示的LCD屏，并且有很多的應(yīng)用。使用的PCD8544控制器，PCD8554是一款低功耗的CMOSLCD控制器，用于驅(qū)動48行84列的圖形顯示，并且采用串行總線接口與微控制器相連，大大減少了外圍控制線的數(shù)量，在使用時十分的方便，而且相對于LCD1602、LCD12864都有著自己的獨特優(yōu)勢。綜合考慮，采用方案三。1.3底座模塊的論證與選擇方案一：利用小車作為載體采用步進電機控制的小車，將傳感器固定在小車的前端，驅(qū)動小車的運動來帶動傳感器的運動，讓小車沿著規(guī)定區(qū)域的邊緣行駛一圈，同時傳感器在擺動檢測，這樣可以基本將區(qū)域掃描完，來檢測到金屬塊。但是由于小車體積有點大，而所規(guī)定的區(qū)域相對而言比較小，且以玻璃板為底座，很容易打滑或開出規(guī)定區(qū)域。方案二：采用X,Y兩軸絲桿機構(gòu)利用兩個步進電機分別控制X、Y兩個方向的絲桿，進行X軸掃描的同時進行Y軸掃描，該方案穩(wěn)定性比較高，但是此種方案可以直接不用檢測邊框的鐵絲，不符合題目的要求。方案三：采用桿子做扇形掃描將傳感器固定在一根較長的桿子上，每轉(zhuǎn)過一個小角度便停下桿子，讓傳感器沿著桿子檢測，檢測到鐵絲邊框便轉(zhuǎn)動一個規(guī)定的角度，傳感器開始往反方向移動檢測。此方案制作相對比較簡單，而且速度較快。電機2金屬探測器電機2金屬探測器圖二裝置簡易圖綜合考慮采用方案三。1.4控制系統(tǒng)的論證與選擇方案一：采用傳統(tǒng)的51系列單片機傳統(tǒng)的51單片機為8位機，價格便宜，控制簡單，但是運算速度慢，片內(nèi)資源少，存儲容量小，難以存儲大體積的程序和實現(xiàn)快速精準的反應(yīng)控制。并且受時鐘限制，計時精度不高，外圍電路也增加了系統(tǒng)的不可靠性。方案二：采用STM32F103RBT6STM32F103RBT6有128KFLASH、20KSRAM、2個SPI、3個串口、1個USB、1個CAN、2個12位ADC、RTC、51個I/O口，且具有功能強大、效率高的指令系統(tǒng)，以及高性能模擬技術(shù)及豐富的外圍模塊。但是由于本組成員未學(xué)過，在短時間內(nèi)學(xué)習并使用比較困難。方案三：采用TI公司的MSP430F5438A單片機該單片機的優(yōu)勢在于有100個I/O,便于使用者配置使用，且具有功能強大、效率高的指令系統(tǒng)，方便高效的開發(fā)環(huán)境使操作更加簡便，低功耗是其它類單片機難以比擬的，集成度較高，編程相對簡單，但是需要仿真器。綜合考慮采用方案三。2系統(tǒng)理論分析與計算2.1電動機選型步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。步進電機在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的（1）步距角：步進電機的定子繞組每改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。3609=bM*Z*C式1中：M為定子相數(shù)，Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù),C為通電方式：C=1單相輪流通電、雙相輪流通電方式，C=2單、雙相輪流通電方式。（2）扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系轉(zhuǎn)矩：使機械元件轉(zhuǎn)動的力矩稱為轉(zhuǎn)動力矩，簡稱轉(zhuǎn)矩。機械元件在轉(zhuǎn)矩作用下都會產(chǎn)生一定程度的扭轉(zhuǎn)變形，故轉(zhuǎn)矩有時又稱為扭矩。扭矩公式：T=9550P/n，T是扭矩，單位N.m，P是輸出功率，單位KW，N是電機轉(zhuǎn)速，單位r/min。因此所采用的五相電機和四相電機符合要求。2.2驅(qū)動與控制算法WZM-2H042Md是驅(qū)動器驅(qū)動二相混合式步進電機，恒流驅(qū)動，具有很強的抗十擾性、高頻性能好、起動頻率高、控制信號與內(nèi)部信號實現(xiàn)光電隔離、電流可選、結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)、可靠性好、噪聲小，帶動1.0A以下所有的42BYG系列步進電機。每相最大驅(qū)動器電流為1.0安培，可選擇電流半流細分數(shù)可選(1/2,1/4,1/8),對應(yīng)的微步距角分別為(0.9°/一個脈沖、0.45°/一個脈沖、0.225°/一個脈沖)。因為要在所規(guī)定范圍內(nèi)檢測到硬幣，必須要逐行逐列進行掃描，為了可以掃完所有地方，必須要很穩(wěn)定的控制電機轉(zhuǎn)動的角度，因此要控制好電機的轉(zhuǎn)動角度。由于采用的裝置是擺動的桿子，電機轉(zhuǎn)動一個小的角度，桿子另一端轉(zhuǎn)過的弧度會很大，因此選用16細分，這樣一個脈沖可以轉(zhuǎn)過0.1125°，大致可以掃描完整塊玻璃板。3機械與電路及程序設(shè)計3?1機械設(shè)計3?1?1旋轉(zhuǎn)臂桿與擺桿擺桿選擇半徑為7.5mm，長90cm的碳纖維棒。碳纖維棒具有強度高，壽命長、耐腐蝕，質(zhì)量輕、低密度等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用航空模型飛機、設(shè)備轉(zhuǎn)軸等機械設(shè)備。本系統(tǒng)選擇碳纖維棒，符合規(guī)定要求，且利于擺桿靈活轉(zhuǎn)動。3.2電路設(shè)計本系統(tǒng)電路包括單片機芯片MSPF5438A最小系統(tǒng)、電源電路、電機驅(qū)動電路、蜂鳴器和顯示電路。3.2.1電源電路設(shè)計電源由穩(wěn)壓部分和濾波部分組成。為整個系統(tǒng)提供5V和3.3V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡單，都采用三端穩(wěn)壓管實現(xiàn)，故不作詳述。3.2.2電機驅(qū)動電路設(shè)計驅(qū)動電路電源采用24V，電壓范圍為0?100V，提高驅(qū)動電壓可增大電機在高頻范圍轉(zhuǎn)矩的輸出。+、-為步進電機驅(qū)動電源引腳，應(yīng)接入瓷片去耦電容和電解電容穩(wěn)壓。A+、A-、B+、B-引腳分別為電機2相輸出接口。CP+、CP-分別為電機A、B相最大驅(qū)動電流定義引腳，DIR+、DIR-分別為電機A、B相驅(qū)動引腳地。3.2.3檢測模塊設(shè)計LDC1000的PCB線圈周圍有交變磁場時，當有金屬靠近時會產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得Rp寄存器中的數(shù)值會增加，根據(jù)增加的數(shù)值不一樣來判斷檢測到的是金屬塊還是鐵絲邊框，從而準確的檢測到硬幣。

3.3程序的設(shè)計3.3.1程序功能描述與設(shè)計思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置，電機的控制，金屬的檢測，聲音和光的顯示。1）鍵盤實現(xiàn)功能：設(shè)置功能，選擇檢測模式。2）顯示部分：顯示AY-LCD1000傳感器寄存器中讀回的頻率值和Rp值。2、程序設(shè)計思路利用MSPF5438A控制電機的轉(zhuǎn)動來完成掃描規(guī)定范圍的硬幣，由于檢測到鐵絲和硬幣的Rp值不同，檢測到相對小的值為鐵絲，一旦檢測到就往反方向走，檢測到相對大的值就發(fā)出聲音和光，并停下電機。3.3.2程序流程圖圖四程序流程框圖4測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案1、軟件仿真測試2、硬件軟件聯(lián)調(diào)通過讀取LDC1000傳感器中寄存器Rp的值，顯示到5110上，通過控制讀取值得范圍來確定所檢測到的是什么物體。記錄下檢測到一角硬幣和一元硬幣、鐵絲的不同值，根據(jù)所記錄的值來檢測物體，觀察并記錄不同情況下的誤差值。4.2測試條件與儀器測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系