摆杆控制系统毕业设计

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1、目录1．方案设计与论证11.1 角度采集方案11.2 驱动及控制方案21.3 系统总体方案22．系统硬件电路设计32.1 单片机AT89S5232.2L298N简介32.3角度测量原理32.3.1角度测量原理32.3.2角度测量算法42.3.3角度测量电路52.4直流电磁铁控制模块52.4.1控制算法52.4.2控制电路62.5按键显示72.6声光提示73．系统软件设计73.1主程序流程图73.2角度测量子程序流程图93.3角度控制子程序流程图94．系统测试94.1测试仪器与方法94.2角度测量104.3测试结果分析105．结论10参考文献11附录1硬件电路图12附录2主要

2、元器件清单14附录3程序清单15121．方案设计与论证本题目是设计并制作一个摆杆控制系统，通过电磁控制装置，调节摆杆摆角的大小，如图1.1所示。图1.1摆杆控制系统示意图根据题目的要求，本系统所设计的核心问题主要有：1、对直流电磁铁电压大小进行快速而准确的控制，以保证摆杆的摆角和周期在控制范围内。2、为保证系统的精度要求，必须要对摆杆摆动角度进行实时检测。3、为保证摆杆在尽可能短的时间内达到预定角度还需要相应按键及显示电路。我们分以下几个部分进行方案设计和比较论证。1.1 转角采集方案方案一：采用MMA7455L芯片。这是一种XYZ三轴微机电加速度计，可测量X、Y、Z三个方

3、向上在工作时的参数，输出为8位或10位的数字量。可直接与单片机连接。硬件电路简单，但成本较高，软件程序调试较困难。方案二：采用SCA100T-D02。SCA100T-D02测量范围为-90°～+90°，具有模拟和数字两路输出。模拟量输出12电压为0～5V，不需信号调理电路就可送入A/D，拟采用模拟量输出，后接AD7705。此方案硬件电路简单，软件调试简单，测量数据稳定。经过比较，拟选择方案二。1.2 驱动及控制方案 方案一：采用线性放大驱动方式。采用L298N作为驱动芯片。单片机输出数字量，经D/A后转换为连续变化的电压值，控制电磁铁电磁力的大小，来改变摆角的大小，此方式波

4、动小，线性好，对邻近电路干扰小。但存在效率低和散热等问题。硬件需要D/A转换器，电路复杂，成本高。方案二：采用PWM调速。采用L298N作为驱动芯片。PWM调速是使加在直流电磁铁两端的电压为方波形式,通过改变方波占空比实现对直流电磁铁电压大小的调节。PWM由单片机输出。L298N芯片内部开关为电子开关，速度很快，稳定性也极强。此方案电路简单，使用比较方便。基于上述理论分析和实际情况，拟定选择方案二。1.3 系统总体方案图1.2摆杆控制系统总体方案框图根据上述分析，设计出系统总体方案，由SCA100T-D0212采集转角信息后送入AD7705转换，输出的8位数字量送入AT89

5、C52中，单片机经分析处理后输出一定占空比的PWM，经L298N功率驱动放大后控制直流电磁铁电压的大小。同时可用按键设定摆杆转角并显示，摆杆控制系统总体方案框图如图1.2所示。2．系统硬件电路设计硬件电路设计图见附录1。2.1 单片机AT89S52本系统采用AT89S52作为核心部件。AT89S52内部有8KB的存储单元和256个RAM存储单元，用于本系统的角度采集控制足够使用。51单片机的外围控制电路如图2.1所示。图2.1单片机最小系统122.2L298N简介L298N是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电

6、路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。2.3角度测量角度测量

7、使用了VTI公司生产的硅基加速度传感器SCA100T-D02,其主要性能指标:1)双轴向倾角测量:SCA100T测量X-Y方向；2)测量范围1.7g；3)测量灵敏度1.2V/g；4)+5V单电源供电,两个比例电压输出(模拟),内置11位AD转换器；5)兼容SPI的数字输出；6)通过SPI接口,可以访问内部温度传感器。SCA100T为12脚表贴封装,设计时要水平安装芯片,并注意芯片上面箭头所指方向为正方向。2.3.1角度测量原理角度测量采用倾角传感器SCA100T-D02的传感轴安装为与摆杆在同一平面内，采用双轴测量