简易旋转倒立摆及控制装置(c题)

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1、简易旋转倒立摆及控制装置（C题）摘要：本系统以由stc12单片机作为中心控制系统，由编码器模块、电机驱动模块、液晶显示模块、电源电路组成。角度监测模块采用采用双向编码器，实时测量摆杆与垂直方向的夹角；电机驱动部分使用BTS7960驱动芯片驱动直流电机较精确地控制摆杆的灵敏度；人机交互界面采用LCD液晶5110显示摆杆的摆角，具有操作简单，控制界面直观、简洁，系统性能指标达到了设计要求，工作可靠，功耗低，具有良好的人机交互性能。关键字：stc12编码器BTS79605110显示器Digest：Thissystembystc12singlec

2、hipmicrocomputerasthecentralcontrolsystem,bytheencodermodule,motordrivemodule,liquidcrystaldisplaymodule,powersupplycircuit.Pointofview,therealtimemonitoringmoduleadoptsthebidirectionalencodermeasuringAngleofswingingrodandtheverticaldirection;MotordrivepartuseBTS7960drive

3、rchipdrivendcmotoraccuratelycontrolthesensitivityofswingingrod;Thehuman-computerinteractioninterfaceadoptsLCDliquidcrystaldisplayofswingingAngleofswingingrodof5110,withthefeaturesofsimpleoperation,intuitivecontrolinterface,concise,systemperformanceindexhasreachedthedesign

4、requirements,reliableoperation,lowpowerconsumption,hasthegoodman-machineinteractiveperformance.Keywords:stc12encoderBTS7960drive5110displays10一、引言本题目要求设计一个简易旋转倒立摆及其控制装置，它由三部分构成，系统构成如图1-1：①摆架系统：支架，摆杆，底座，平板，旋转臂，旋转臂连接摆杆顶部固定在电机上；②驱动控制系统：单片机，直流电机，电机驱动器，电源，用以控制电机带动旋转臂转动；③检测系统：通

5、过编码器检测出摆杆与垂直方向的倾角，将数据传给单片机。图1结构总体框图根据系统要求，需要进行系统硬件电路的设计、制作以及调试，软件系统的开发和算法的实现。应重点进行一下几方面的工作：1、确定系统的构成。系统主要包括两部分，一是基于旋转倒立摆的支架系统；二是单片机和电机的控制系统。2、选择合适的处理器设计主控板，完成传感器、信号调理、电机驱动模块等搭建测控系统的硬件电路设计。3、根据实际硬件平台进行算法研究和软件编写，实现各模块功能。4、对传感器进行调试，进行误差分析，提高测控系统的准确度。二、方案设计1自由摆控制系统的原理与组成整个系统的

6、工作流程：旋转倒立过程中，摆杆的角度变化经编码器检测后转变为电压信号，再由信号调理电路进行比较，传入单片机，经单片机处理器对这些数据进行实时处理，，单片机经给定的控制算法计算出角度变化后，发出一定占空比的pwm波，经电机驱动放大后控制直流电机的转动，进而电机带动旋转臂转动完成摆杆的旋转和倒立。2、方案论证与比较考虑到电机带动旋转臂运动和摆杆的运动相互联系，可以作为转轴的编码器实时反馈得出任意时刻摆杆相对于垂直方向的角度，直接将其值发送至单片机，从而控制电机转动相应角度而达到目的的运动。现将各模块方案比较如下：2、1摆架框架的选择方案一：采

7、用木板做摆杆，材料方便，制作简单，质量较小，尽管在做旋转运动时，空气阻力对其有影响，木质材料的摆杆较轻，可以适当的加点配重，增加其惯性，更加方便电机对其旋摆随时的控制。10方案二：采用碳纤维杆做摆杆，相对于木质材料来说，碳纤维杆较细，表面光滑，质量与木质材料不差上下，如加以配重，重心偏移比木质材料大，很不方便电机对其方向随时控制。为更好保持稳定，减少系统本身可能导致的误差，综合以上两种方案，选择方案一。2、2驱动电机的选择方案一：采用直流减速电机，直流减速电机，即齿轮减速电机，是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用

8、是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。方案二：采用步进电机，步进电机能够通过给定的脉冲周期，实现任意速度的转动，定矩运动较精确。但是灵活性低，且转速