基于自由摆的平衡控制系统—毕业设计论文

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1、毕业设计论文摘要该系统采用MSP430F149单片机作为控制系统的核心；以步进电机控制平板转动，通过细分驱动器提高步进电机精确度；以MMA7361芯片模块为角度传感器，采集自由摆的偏移角度，并用12864液晶显示屏显示出来；通过光电传感器控制平板停止的位置，使平板的倾斜角度刚好满足平板对硬币的作用力（支持力和摩擦力）在水平方向上的分量刚好提供硬币的横向加速度所须的力；电磁铁用于自动释放摆杆。根据电机的步距脚（1.8°/STEP），精确地控制步进电机转动相应的步数。该系统布局合理，理论可行，实际运行较为平稳，控制精度较高，

2、达到了题目基本部分的要求。关键字：自由摆角度测量细分驱动平衡控制SummaryThesystemusesMSP430F149SCMasthecorecontrolsystem;tosteppermotorcontrolflatturns,brokendownbydriveenhancedsteppermotorprecision;MMA7361anglesensorchipmodule,acquisitionoffreedompendulumdisplacementangleand12,864LCDdisplay;con

3、trolledbyphotoelectricsensorplatewhereyoustopped,Flattiltanglehappenstomeetflatforceoncoin(supportingforceandfrictionforce)happentoprovidethecomponentsofthecoinhorizontallyintransverseaccelerationforcerequired;electromagnetsareusedtoautomaticallyfreeupswing.Accor

4、dingtothefootofthestepmotor(1.8°/STEP),precisecontrolofsteppingmotorrotationcorrespondingsteps.Thesystemlayoutisreasonable,theoreticalpossible,actuallyrunmoresmoothly,highcontrolprecision,meetstherequirementsoftopicsessentialparts.Keywords:freedompendulum.angleme

5、asurement.divided.drivingbalancecontrol18毕业设计论文目录一、系统方案21.1方案选择与对比21.1.1角度测量方案21.1.2驱动电机方案21.2系统结构2二、系统理论分析与计算32.1平板转一周的控制原理分析32.2硬币不滑落控制原理分析4三、硬件模块设计与分析43.1控制电路43.2角度测量电路53.3步进电机及驱动电路53.4控制按键及模式转换电路63.5光电传感电路63.6显示电路7四、软件程序设计74.1系统主流程图74.2各模块程序流程图8五测量方案与测试结果95.1

6、测量方案95.1.1基本要求功能测试95.2测试结果及分析9实验总结10参考文献11附件一：电路原理图12附件二：主要器件清单12附件三：源程序1318毕业设计论文一、系统方案1.1方案选择与对比1.1.1角度测量方案方案一：采用三轴加速度传感器为多功能应用提供灵活的可选量程；功耗低，可延长电池使用寿命；开机响应时间短；组件数量少-节约成本和空间；噪音低、灵敏度高；频率及解析度高。方案二：采用电位器作为角度传感器自由摆系统的角度测量也可采用可变电阻器。精密的可变电阻器具易获得、价格低廉、重复性高、分辨率高、高频响应特性好

7、、易使用等特点。但是可变电阻器也是模拟信号输出，需要A/D信号的转换，增加系统复杂性，而且安装要求较高，带来了硬件设计的不便。综合以上两种方案，我们选择了MMA7361三轴加速度传感器。1.1.2驱动电机方案方案一：伺服电机加伺服驱动器，能高速制动，适合闭环控制，但成本高、体积大。方案二：步进电机，输入脉冲和转动角度之间成特定的比例控制关系，不累积误差，控制简单，一般用作开环控制，成本低。比较上述两种方案，考虑到本系统是一个开环系统，步进电机成本低，控制简单，并且可以满足控制要求的精度，所以选择方案二。1.2系统结构系统

8、设计任务为一种基于自由摆的保持平板平衡的控制系统。基本要求是保持平板上硬币的平衡滑动小或滑落少，进一步的要求是让平板上激光笔射在靶纸上的光斑偏移量尽可能小。在实时控制时，对自由摆的摆角、摆速及摆动方向的测量十分关键，平板角度的控制精度和相应速度也直接决定着最终的控制效果。据此，本系统采用以单片机为核心的自由摆控制系统