悬挂运动控制系统

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1、工程训练四（测控方向）悬挂运动控制系统设计报告22目录一、方案总体设计3（一）任务设计3（二）设计要求4（三）系统基本方案4（四）各模块的选择5二、系统的具体设计与实现6三、理论分析与计算：7四、电源部分电路设计9五、软件部分设计12六、程序流程14（一）主流程图14（二）画圆子程序15（三）寻迹子程序16七、程序编辑17八、设计体会2222一、方案总体设计（一）任务设计设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，

2、运动范围为80cm×100cm。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点,如示意图1。图122（二）设计要求1、控制动作要求：（1）控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成；（2）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成；（3）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐

3、标点(两点间直线距离不小于40cm)；（4）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；2、控制系统设计要求：（1）应用于、4×4矩阵键盘、LCD点阵式显示器及步进电机驱动电路组成控制系统。能够通过键盘任意设定坐标点参数，使用显示器显示物体中画笔所在位置的坐标及物体运动的时

4、间；（2）完成上述系统的硬件设计，绘制控制系统原理图及PCB板图，制作、调试电路；（3）设计控制程序；（4）撰写设计与总结报告；（三）系统基本方案根据设计要求，需要实现勾画设定轨迹和对设定轨迹的搜寻功能，并能实时的显示物体中画笔所在位置坐标。其系统方案框图如图2所示。图中多圈电位器安装在两个动滑轮上，电机收放线长度就会通过多圈电位器转换成电压值，通过A/D22转换后送入单片机；反射式光电传感器对黑线进行检测，以脉冲信号的形式送入单片机，同时按键信号送入单片机对物体进行设置校正以及轨迹参数设定，控制器对送来的信号进行分析、运

5、算、处理，将控制信号输送到电机驱动模块，控制电动机的转速,使物体的运动轨迹得以控制。图2系统方案框图（四）各模块的选择1、核心控制模块：单片机方式。即由单片机、电机驱动电路及电机等组成系统。使用单片机也可以完成键盘定义与识别、电机工作状选择与切换等功能，组成的系统规模较小，有一定灵活性，而且可以使用我们比较熟悉的单片机最小系统电路板，减少了工作量。该控制方式需要单片机具有较大的程序存储量，所以可选择存储量为8K的89S52单片机。2、电机的选择：选用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超

6、载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响；而且步进电机只有周期性的误差而无累积误差，因而用步进电机来控制位置比用直流电机简单。使用两相四相八拍式步进电机。3、电动机驱动方式：电机设置为四相八拍，一方面消除了两相同时失电的可能性，同时电机的驱动能力比二相四拍时大了很多，足够使画笔装置正常工作。在使用３－８译码器的同时，该驱动电路至少也要占用单片机的６个口线，限制了单片机，不能做成闭环系统，可靠性有所降低。4、速度采集方案：22采用霍尔集成片。该器件内部由三片霍尔金属板组成，当磁铁

7、正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在电机上安装磁片，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。二、系统的具体设计与实现以单片机89S52为核心，使用L298专用电机驱动芯片完成三个方面的功能：处理键盘数据；控制液晶显示；控制电机的运行状态。充分运用了89S52的各个接口，减少了模块调用，也使系统更为可靠。系统组成及原理框图如图3所示。图3系统组成及原理框图单元模块设计：1、吊绳及画笔装置按照题目要求，该装置中所吊物体的重量为102克，为了减少吊物与斜板间的摩擦，在吊物与板接触的

8、面上安装三个滚珠。考虑到我们现有步进电机的驱动能力，当物体吊在板的中间位置（即X=40cm）时，电机只能将其吊至Y=75cm左右。由于时间限制，来不及购买大功率步进电机，因此，将画纸与滑轮的距离改为30cm，使得电机能够驱动画笔在规定的运动范围内画轨迹。设左侧的步进电机为1号电机，右边的为2号电机。2、