悬挂运动控制系统【lxp lgw zjz】

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1、悬挂运动控制系统摘要本系统采用MSP430F149为主控芯片，通过液晶屏和键盘实现人机交互，通过步进电机对悬挂载荷进行开环运动控制，使用安装于悬挂载荷的反射式红外光电传感器提供的反馈对面板上给定曲线进行闭环跟踪。关键字：MSP430单片机步进电机红外传感器AbstractThissystemisconsistedbythecontrollingcoreofMSP430MCU,thehumaninterfaceofaLCDandakeyboard,twostepmotorsforopen-loopcont

2、rollingofthesuspendedloadandamatrixofreflectedinfraredoptic-electronicsensorsforfeedbackoftheclose-looptracingtothegivencurve.Keywords:MSP430MCUstepmotorinfraredoptic-electronicsensor101系统方案根据题目要求，系统主要实现的功能是自由运动、定点运动、圆周运动和循迹运动，通过手动设置参数，并能在运动的过程中实时显示坐标，关键

3、在于电机的精确控制。系统的方案框图如图1所示：1.1控制器方案模块的论证与选择方案一：采用通俗的51单片机，运用比较广泛，有良好的知识作为基础，上手很快。但是本系统的程序量较大，需要的I/O口资源较多，51单片机难以胜任。方案二：系统采用TI公司所生产的MSP430F149单片机为主控制芯片，有非常丰富的资源：6个8位并行口其中两个有中断功能，12位的ADC,强大的定时器,精密的比较器，大容量的RAM和ROM,存储大容量的程序。基于上述分析，我们选择方案二。1.2电机方案模块的论证与选择方案一：采用直流

4、电机控制悬挂物体的运动，直流电机力量大，能获得较大的启动转矩，转动速度快，但由于存在机械触点，直流电机容易产生噪声,而且单独使用时不能完成位置控制，需要配以传感器才能控制定位，增加了系统的复杂度。方案二：采用步进电机控制悬挂物体的准确运动，步进电机不需要使用传感器就能精确定位，而且通过给定的脉冲周期，能够以任意速度转动，定距运动较精确。虽然步进电机不能高速转动，但根据题目要求的时间和移动距离，步进电机完全能够符合要求，是该种要求下广泛使用的一种电机。基于上述理论分析，我们选择方案二。1.3循迹模块的论证

5、与选择10方案一：可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判，即使是采用超高亮发光二极管可以降低一定的干扰，但这将增加额外的功率损耗。方案二：脉冲调制的反射式红外发射-接收器。采用带有交流分量的调制信号，可以大幅的减少环境光源的直流分量的干扰，但由于该红外发射管的最大工作电流取决于平均电流，该最大电流需要通过调节占空比来调节；而且需要添加额外的电路和程序，本题中并不需要很大的电流，故不需要采

6、用该管子。方案三：不调制的反射式红外发射-接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以有效的降低环境光源的干扰，尺寸小、质量轻、灵敏度高，对辅助装置的要求最少，对人眼无伤害，采用不调制的反射式红外发射-接收器完全可以有效的降低干扰，而且方便可行，能够准确的实施检测。基于上述考虑，我们决定采用方案三。1.4电源模块的论证与选择方案一：整个系统都采用同一电源电路，因此电路连接比较简单。但是由于电动机启动瞬间需求电流很大，而且给定脉冲信号驱动的电机电流波动较大，会造成干扰，对单片机系统造成严重的干扰，缺点明显

7、。方案二：双电源供电。将电机驱动电源（12V）和单片机的供电电源（3V）完全隔开，这样设计可以彻底消除电机驱动所造成的干扰，提高了系统的稳定性。基于上述考虑，所以选择方案二。1.5显示系统模块的论证与选择方案一：采用LED数码管显示器。LED数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多，显示信息量较小。方案二：采用LCD液晶显示器。LCD有明显的优点：微功耗、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适；可以用中文LCD液晶进行菜单显示，使整个控制系统更加人性化。基于上面的比较分析，决定选用方案二。1.6

8、按键模块的论证与选择方案一：矩阵键盘虽然占用单片机的端口少，节约单片机的硬件资源，主要针对多键盘设计，适用于控制要求高、控制功能多的系统。方案二：通用简单键盘设计简单，易于实现。但在所需按键控制多的情况下就显得排布不简洁和杂乱。通过以上分析，决定使用方案一。1.7软件方案系统的运动可以是通过轨迹的方程算出下一点的坐标，再解两个直角三角形来算出电机应有的动作（详见软件方案—算法分析）。这里涉及到超越方程和开方运算，对于主要用于控制的单片机来说