课程设计 悬挂运动控制系统

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1、悬挂运动控制系统摘要本系统以单片机89C52为核心,采用了步进电机控制装置、红外寻迹传感装置和PID控制算法来实现一个对悬挂物体运动控制系统。友好的操作界面和灵活的监控方式是本设计的两大特色,增强了系统的实用性。经实验测试表明,该系统各项功能都已达到或超过本题目的要求。AbstractThissystemuses89C52asthecore,adoptingthestep-motor-controldevice,infraredsensorandPIDcontrolalgorithmintheautomaticcontro

2、lsystem.Friendlyoperationinterfaceanddiversecontrolwaysaretwogreatestspecialfeaturesofthisdesign.Experimenttestsshowthateveryfunctionofthissystemmeltsorexceedstheproblem’srequirements.第12页共页悬挂运动控制系统摘要：本系统以单片机89C52为核心,采用了步进电机控制装置、红外寻迹传感装置和PID控制算法来实现一个对悬挂物体运动控制系统。系统

3、具体功能？友好的操作界面和灵活的监控方式是本设计的两大特色,增强了系统的实用性。经实验测试表明,该系统各项功能都已达到或超过本题目的要求。关键词：步进电机；红外传感器；PID；悬挂运动。正文目录一、方案论证与选择错误！未定义书签。1．题目任务要求及相关指标的分析22．方案的比较与选择2二、系统总体设计方案及实现方框图；错误！未定义书签。三、理论分析与计算4四、主要功能电路的设计5五、系统软件的设计61．基本内容62．流程图注意要点7六、测试数据与分析81．测试原理与方法82．使用仪器及型号83．测试数据结果84．数据分析9

4、七、总结分析与结论错误！未定义书签。八、参考文献10第12页共页一、方案论证与选择1．题目任务要求及相关指标的分析题目的基本要求中，要求在150秒内到达设定的一个坐标点以及300秒内画圆或按照设定的轨迹运动,这要求我们对左右两个电机进行灵活、准确、快速的控制,并且有和谐的人机交换功能，才能够满足要求。因此选择合适的电机以及运用有效的算法来对电机进行控制是必需的，我们通过建立合理的数学模型，使两电机控制的绳长依照我们建立的函数关系变化，来实现悬挂物体在板上以各种方式运动。发挥部分，要求控制物体沿板上标出的任意曲线运动，通过红

5、外传感器寻迹，实现跟踪运动。而显示画笔的位置坐标，则可通过两段绳长变化与原点坐标之间的函数关系来计算，求出当前点的横纵坐标，并在LCD上显示出来。2．方案的比较与选择(1)电机的选择方案一:直流电机采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变绳长的要求，缺点是通过控制直流电机驱动模块将脉冲信号转化为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制

6、的时间，导致控制精度差；关键是直流电机不能即停，使直流电机不能精确定位，满足不了控制误差范围为设定值的要求。方案二:步进电机用单片机产生脉冲信号，脉冲信号的占空比为0.5左右，脉冲信号经过功率放大控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数/模转换；步进电机的速度易于控制，具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止；它的转动角度严格可控，一般情况步距角可以降低到以下，而采用专用驱动块，可以更加的精确。步进电机延时短，定位准确，精度高，可控制性强。这样我们就可以根据驱动脉冲总数来计算绳子所走过的路程，从而得出坐标和时间。

7、根据本课题技术指标要求，物体质量大于100克即可，步进电机的输出功率足以满足负载要求；同时根据题目要求运动轨迹与预期轨迹偏差不超过4cm，这对电机有精确的要求，而直流电机难以达到这一指标。综上方案的比较分析，故而本设计采用方案二。(2)悬挂物体定位方式的选择方案一:坐标查询方式在80cm×100cm的白色底板上，等分为8000个方格，视其为8000个点，每个点都有横纵坐标（a，b）两个数据，即共有16000个数据，而底板左右对称，所以只需记录一半的数据，即8000个，这样我们只需事先计算出悬挂物体在每一点对应的两侧绳长（x

8、，y），将这8000个数据，即4000个确定的绳长数组记录在单片机中，这样就可以对所设定的坐标，采用查询的方式，找到相应点所对应的数组（x，y），与当前点对应的绳长做差，得到所需的绳长改变量，从而控制电机使物体到达该点。第12页共页此方案的优点在于查询方便快捷，准确性高，动作运动迅速，但准备工作的计算量