悬挂运动控制系统-语音播报系统

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1、悬挂运动控制系统[05电子大赛一等奖]文章来源：凌阳科技教育推广中心作者：西安航空技术高等专科学校（李新钊胡春雷钱建松）发布时间：2006-4-2115:56:14摘 要：本系统以凌阳16位单片机SPCE061A为控制核心,通过所需运动轨迹曲线的参数方程,建立运动控制模型,按照算法对两组驱动步进电机进行控制，实现了悬挂画笔在给定的范围内的定点运动、任意曲线运动以及圆心可任意设定的圆周运动等功能，不仅完成了发挥部分要求,利用SPCE061A强大的语音处理功能，还增加了语音播放功能。关键词：单片机运动控制模型智能算法步进电机一

2、、 方案论证　　根据题目的设计要求，本设计主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1.1所示。为实现各模块功能，提出了几种设计方案并进行论证。图1.1系统方案框图1、控制器模块　　方案一：采用传统的51系列单片机作为系统控制器。在本设计中，单片机的运算速度越快，运动轨迹精度越高，所以对单片机的执行速度有较高的要求；又由于本系统程序量较大，使用的I/O口资源较多，对于51来说，实现这些功能都比较困难。　　方案二：采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心。与5

3、1相比，SPCE061A具有更加丰富的资源：具有32个可编程的I/O口，14个中断源；CPU的工作时钟频率可以高达49.152MHZ，可以更好地满足本设计对数据处理速度的要求；独特的语音功能可使本系统具有更好的人机交互界面。　　综上分析，选择方案二。2、电机驱动模块　　在本设计中，主控制器通过对电机的步进数控制来实现物体的运动，从而作出各种运动轨迹，设计思想是将物体的运动转换为拉线的伸缩，最终将伸缩量转化为电机的步数，从便于软件设计的角度出发，采用了57BYG系列两相混合式步进电机作为被控电机，这种具有较高的控制精度，速度

4、的可控性好，制动性强。其驱动方案如下：　　采用微步进驱动模块，微步进驱动模块是由微控制器外接D/A转换器及光耦隔离电路组成的，它可以产生步进电机所需的相序脉冲。系统单片机只需提供电机转动的方向信号和步进脉冲，其硬件连接简单，程序易编写，且节省I/O口。所以本系统采用步进电机微步进驱动电路。3、语音模块　　由于本设计采用的控制芯片是凌阳SPCE061A单片机，该芯片本身具有语音功能，所以本系统只需利用SPCE061A为核心的精简开发板，就可以实现语音功能，不需再做专门的语音模块。4、寻迹模块　　方案一：采用热探测器。由于温度

5、变化是因为吸收热能辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长没有关系，即对红外辐射吸收没有波长的选择，因此受外界环境影响比较大。　　方案二、采用单光束反射取样式光电传感器ST178作为敏感元件，利用红外线对不同颜色的反射系数不同而产生强弱电流信号，所以受外界环境的影响比较小，抗干扰性比较强。　　基于以上两种方案比较，采用方案二。二、 详细软硬件设计1、硬件设计　　系统电路连接及硬件资源分配　　本系统硬件电路连接图见图2.1。图2.1 系统电路连接图　　SPCE061A的硬件资源分配见表2.1。表2.1 SPCE061A单片机硬件

6、资源分配表I/O口资源使用情况使用IOA[10：0]用于LCD液晶显示IOA[14：11]用于电机驱动控制IOB[7：0]用于4×4矩阵式键盘IOB[11：8]用于传感器光电检测Timer使用情况TimerA未使用TimerB未使用中断使用情况FIQ：语音播放中断服务程序　　寻轨迹控制策略　　根据题目的要求，悬挂物沿曲线运动的轨迹分为两段，连续段和间断段。可采用4个光电传感器作为检测元件，其放置方式如图2.2所示。图2.2 4个光电传感器放置方式　　在连续段寻迹时，通过判断四个传感器的16种组合状态，使电机作出相应的伸缩动

7、作。当轨迹为间断线时，电机拉动传感器在大角度方向内位移，直到在某一方向检测到新的黑线为止。然后再调用连续段的寻迹程序。　　系统各模块单元电路设计　　（1）电源部分电路设计　　本系统中使用了两相混合式步进电机，其额定工作电流达到2.0A，而W78××系列组件，最大输出电流为1.5A，因此电路中采用了外接大功率三极管C5297来扩大电流输出范围，其电路如图2.3所示。在7815的输出极加上大功率三极管，扩流后的电流为Io=Io′+Ic上式中Io′是7815的输出端电流，Ic为三极管集电极电流。扩大后的电流达到2.0A以上，满足

8、系统电机驱动电流的要求。图2.3 电源电路　　（2）语音播报模块设计　　凌阳SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出，DAC1、DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出，DAC输出为电流型输出，经LM396音频放大，即可驱动喇叭放音。放大电路如图2.4所示。图2.4 语音