传感与检测技术大作业

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1、传感与检测技术大作业——基于自由摆的平板控制系统分析制作人：史小峥02094061王方超02094076布合且木02094079一、任务介绍设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，其结构如图1所示。摆杆的一端通过转轴固定在一支架上，另一端固定安装一台电机，平板固定在电机转轴上；当摆杆如图2摆动时，驱动电机可以控制平板转动。图1图22二、要求1、基本要求（1）控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转（3~5周），摆杆摆一个周期，平板旋转一周（360º），偏差绝对值不大于45°。（2）在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm平行线的打印纸

2、。用手推动摆杆至一个角度θ（θ在30º～45º间），调整平板角度，在平板中心稳定放置一枚1元硬币（人民币）；启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中，要求控制平板状态，使硬币在5个摆动周期中不从平板上滑落，并尽量少滑离平板的中心位置。（3）用手推动摆杆至一个角度θ（θ在45º～60º间），调整平板角度，在平板中心稳定叠放8枚1元硬币，见图2；启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中，要求控制平板状态使硬币在摆杆的5个摆动周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。根据平板上非保持叠放状态及滑落的硬币数计算成绩。2．发挥部分（

3、1）如图3所示，在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm距离处垂直放置的靶子上。摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高度，使光斑照射在靶纸的某一条线上，标识此线为中心线。用手推动摆杆至一个角度θ（θ在30º～60º间），启动后，系统应在15秒钟内控制平板尽量使激光笔照射在中心线上（偏差绝对值＜1cm），完成时以LED指示。根据光斑偏离中心线的距离计算成绩，超时则视为失败。（2）在上述过程完成后，调整平板，使激光笔照射到中心线上（可人工协助）。启动后放开让摆杆自由摆动；摆动过程中尽量使激光笔光斑始终瞄准照射在靶纸的中心

4、线上，根据光斑偏离中心线的距离计算成绩。（3）其他。(一)、系统的组成经过仔细分析和论证，决定了系统各模块的最终方案如下：1、控制器模块：STC１２C５A６０S２单片机；2、电机模块：步进电机；3、电机驱动模块：L298芯片；4、显示模块：1602液晶显示；5、平板倾斜角度计算模块：PID算法。三、任务分析（二）系统的实现2.1.1系统框图2.2.1控制器模块的电路设计本系统控制器模块的主要功能是，单片机接收从角度传感器检测来的信号，和按键控制电路输入的电平信号，并将输入的信号进行处理运算，以控制1602LCD的显示和电机的转

5、动，从而控制平板的转动。该系统结构简单，因此运用单片机的最小系统就能完成各项要求传感器分析：这里所用的角度传感器是指绝对角度传感器，而不是增量式角度传感器（这种传感器其实就是旋转编码器）。绝对式角度传感器的意思是，传感器转到一个位置，输出一个特定的信号，而且这个信号是唯一的，不变的，只要是在这个位置，就输出这个信号，有的是电压信号，有的是电流信号，也有的是频率信号，不管是什么类型的信号，总之，这种传感器可以唯一的确定传感器转动的位置。所谓增量式角度传感器，就是传感器每转动一定的角度（比如0.1度，视传感器的精度而定）传感器就输

6、出一个脉冲，输出脉冲是方波，输出的快慢要看传感器转动的快慢。这种传感器其实适用于测量转动速度，经常用在测量电机转动速度，组成转速伺服系统。这种传感器不是很合适。2.2.2电机驱动电路模块的设计分析题目可知，在该系统中，可以通过改变h2的大小，来控制液体点滴的速度。这样，采用步进电机的正反转来改变h2的大小。电机的驱动芯片选用L298N作为驱动。其电路图如下图所示：2.2.3平板倾斜角度计算方法的建模单摆周期：T=2*3.14*sqrt(l/g)其中，l为摆长1M；g为重力加速度9.8m/s^2.该系统算得T=2006msPID

7、过程控制：2.2.3.1过程控制的基本概念过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。1.模拟控制系统被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。2.微机过程控制系统以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。3.模拟PID控制系统组成PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际

8、输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。6.PID调节器各校正环节的作用1）、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。2）、积分环节：主要用于消除静差，提