讲稿2---悬挂运动控制系统 41页PPT文档

悬挂运动控制系统（E题）作品编号：E甲1005指导老师：姚福安万鹏参赛学生：王骞自动化专业杨荣秋计算机专业姜润华生物医学工程专业悬挂运动控制系统（E题）摘要：本设计采用凌阳16位单片机SPCE061作为悬挂运动系统的中央控制单元，在主要实现由电机控制的悬挂物限定的时间内沿指定轨迹运动，用画笔画出运动轨迹，zlg7289键盘设定坐标点参数功能基础上，还扩展了物体沿标定黑线寻迹运动，液晶动态显示画笔位置等功能。

悬挂物体采用两个步进电机控制，完成指定运动。

步进电机由自行开发的PIC16F873单片机最小系统板控制，避免占用中央控制单片机太多的I/O口资源。

由反射式光电传感器实现对所画黑线的检测，并创新地使用无线方式传输信息。

关键词：悬挂运动，步进电机，光电检测，无线传输。

Appending Movement Controlled SystemAbstract:The appending movement system is based on the central control microcontroller，LingYang SPCE061A。

Firstly，we can input the coordinates parameters by the keyboard zlg7289。

The appending object which is motored by two step-motors can move by the designated way and the pen fixed in the object can draw the line 。

What's more，the position of the pen can be displayed on the LCDscreen at the real time。

A pair of reflect-infrared sensors are applied on the appending object，which can detect the black line。

悬挂运动控制系统摘要本设计采用PIC16F877A单片机作为悬挂运动控制系统的控制核心，控制悬挂物的运动。

实现通过人机界面对物体所作运动进行设定，通过LED实时显示此时画笔所在的坐标值；系统通过比较当前画笔所在位置与设定位置的差异以及运动类型，控制步进电机的转速和正反转以实现物体在标有坐标线的白色底板上做相应的轨迹运动。

可实现坐标设定、走点和圆周运动、电机刹车与任意曲线追踪等功能。

经测试，该系统能在限定的时间内实现上述功能。

本设计性能可靠、抗干扰能力强，各项指标均满足设计要求。

关键词：PIC16F877A 步进电动机悬挂运动驱动电路AbstractThis design adopts the MCU PIC16F877A as the kernel of the hanging movement control system . The system includes six modules--- keyboard、LED display、drive circuit、step-motor 、the detection of black thread and a single-chip microcomputer controlled circuit. LED provides with coordinate setting and display. In the design, it can automatically arrive at the position set arbitrary, sketch a circle and so on. It is characteristic of its high precision performance and fine stability. This instrument function credibility, the anti-interference ability is strong .Both the hardware and the software of the system are designed with modules, the system is proved to be well functioning by test.Key words: PIC16F877A electromotor hanging movement infrared wave sensor目录1 系统设计 (3)1.1 设计思路 (3)1.2 方案选择与论证 (3)1.2.1 电机的选择 (3)1.2.2 驱动电路的选择 (4)1.2.3 黑线检测模块选择 (4)1.2.4 电源的选择 (4)2 单元电路设计 (5)2.1 控制单元设计 (5)2.2 驱动电路 (5)2.2.1 工作原理分析 (5)2.2.2 参数计算 (6)2.3 沿任意曲线（黑线）运动的设计 (6)2.3.1 工作原理 (6)2.3.2 参数计算 (7)2.4 键盘部分 (7)3 软件设计 (8)3.1 实现的功能 (8)3.2 软件平台和开发工具 (8)3.3 软件设计思想 (8)3.4 软件总系统的设计 (9)3.5 中断服务子程序 (9)3.6 点动模块 (10)3.7 画圆模块 (12)3.8电机正反转模块 (13)3.9 功能切换模块 (15)4 系统测试 (15)4.1 测量仪器 (15)4.2 键盘设定坐标点测试 (15)4.3 定点测试 (16)4.3.1 测试方法及数据 (16)4.3.2 误差分析 (16)4.4 画圆模块测试 (16)4.4.1 测试方法及数据 (16)4.4.2 误差分析 (17)5 结论 (17)6 参考文献 (18)7 附录 (18)附录1 元器件清单 (18)附录3 原理图 (19)附录4 PCB图 (19)附录5 系统使用说明 (19)附录6 实验程序 (20)1系统设计1.1 设计思路依据设计任务和设计要求，采用PIC16F877A单片机来控制步进电机以实现任意坐标定点与定轨迹运动，采用单电压驱动电路来驱动步进电动机,通过对软件的控制来改变步进电机的转速以满足运动时间和运动路程的要求。

悬挂运动控制系统的设计本毕业设计课题是属于教师拟定性课题，主要是研究基于单片机的对步进电机的有效控制。

步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件，每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。

电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速...<P>本毕业设计课题是属于教师拟定性课题，主要是研究基于单片机的对步进电机的有效控制。

步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件，每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。

电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。

<BR>&nbsp;&nbsp; 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。

步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。

广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

&nbsp;<BR><BR>&nbsp;Abstract<BR>This article mainly elaborated has been hanging the movement control system merit, introduced was hanging the movement control system function, the principle and the design process. Is hanging the movement control system is one of in control engineering domain important applications, its main target is to is controlled the object the movement condition, including path, speed and position implementation check. The movement control system compares with other control systems, has the system model simply, the check algorithm is unitary, also not complex characteristic and so on non-linearity and coupling situation. Also is precisely because the movement control system can implement to the path, the running rate, the pointing accuracy as well as the repetition precision accuracy control requirement, has the broad application foreground in each category of control engineering, therefore the movement control system has at present become in the check study application domain very much significant the research direction. Through the monolithic integrated circuit to stepping monitor check, implemented the motor-driven to cause the object at on the board which inclined the movement, The control section is the SST89E52 monolithic microcomputer which SST Corporation produces primarily, with when the 1602LCD liquid crystal screen and according to turned has implemented with the user interactive, through the keyboard entry different control command, the liquid-crystal display was allowed to display the setting value and the run thecoordinates. The electrical machinery control section used LM324N four to transport puts and is connected the electronic primary device voluntarily to develop the 42BYG205 stepping monitor actuation electric circuit to implement the electrical machinery accuracy control. The algorithm partially for will suit the monolithic integrated circuit system to operate carries on optimizes many times, will reduce the microprocessor the operand. Has completed the object voluntarily the movement and according to the different setup path movement.&nbsp; <p class='Uux450'></p> <BR>Key&nbsp; words&nbsp; Magneto; 1602LCD; LM324N; Drive circuit <pclass='Uux450'></p> </P><P>&nbsp;&nbsp; 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。

悬挂运动控制系统(上)摘要悬挂运动是一种现代化的运动方式，已被广泛应用于体育赛事和健身领域中。

悬挂运动的优点在于能够全面锻炼身体，提高协调性和柔韧性。

然而，悬挂运动的高度要求和复杂性也提出了对其运动控制的要求。

本文提出一种悬挂运动控制系统，包括传感器、运算器和执行器等部件，能够准确控制悬挂运动的高度和姿态，保证安全性和有效性，并且该系统可以轻松地添加或减少悬挂绳索以适应各种不同的悬挂运动。

关键词：悬挂运动，控制系统，高度姿态，安全有效性，灵活性。

正文1. 介绍悬挂运动是一种现代化的运动方式，它被广泛应用于体育赛事和健身领域中。

悬挂运动的优点在于能够全面锻炼身体，提高协调性和柔韧性。

然而，悬挂运动的高度要求和复杂性也提出了对其运动控制的要求。

2. 系统组成本文提出的悬挂运动控制系统由传感器、运算器和执行器等几个部件组成。

其中，传感器用于检测悬挂绳索的高度和姿态，运算器用于处理传感器数据并指导执行器调整悬挂绳索的高度和姿态。

3. 运行原理在悬挂运动期间，传感器通过检测绳索的弯曲程度和角度以及重量变化等数据，将这些数据传递给运算器。

运算器根据传感器数据计算出制动力和调整绳索姿态所需的参数，并将命令发送给执行器。

执行器调整绳索的高度和姿态，一旦悬挂高度或姿态超过设定范围，运算器会通过控制信号发出警报或制动，确保安全性。

执行器可以以较大的精度控制悬挂高度和姿态，使悬挂运动变得更加灵活和精确。

4. 系统特点本文提出的悬挂运动控制系统具有以下几个特点：（1）准确控制悬挂运动的高度和姿态，保证安全性和有效性。

（2）可适应不同的悬挂运动，可以轻松地添加或减少悬挂绳索以适应不同的运动。

（3）高精度的执行器能够提供精准的悬挂调节，使悬挂运动变得更加灵活和精确。

5. 结论本文提出的悬挂运动控制系统为悬挂运动提供了高精度、安全、可靠的控制手段。

通过控制悬挂运动的高度和姿态，可以保证悬挂运动的安全和有效性，使其在体育赛事和健身领域发挥更大的作用，具有广阔的应用前景。

悬挂运动控制系统参赛队员：吴亚军吴怀恩季宿儒摘要：本系统以单片机89C52为核心,采用了步进电机控制装置、红外寻迹传感装置来实现一个对悬挂物体运动控制系统。

友好的操作界面和灵活的监控方式是本设计的两大特色,增强了系统的实用性。

关键词：步进电机；红外传感器；悬挂运动。

一、方案论证与选择1．题目任务要求及相关指标的分析题目的基本要求中，要求在150秒内到达设定的一个坐标点以及300秒内画圆或按照设定的轨迹运动,这要求我们对左右两个电机进行灵活、准确、快速的控制,并且有和谐的人机交换功能，才能够满足要求。

因此选择合适的电机以及运用有效的算法来对电机进行控制是必需的，我们通过建立合理的数学模型，使两电机控制的绳长依照我们建立的函数关系变化，来实现悬挂物体在板上以各种方式运动。

发挥部分，要求控制物体沿板上标出的任意曲线运动，通过红外传感器寻迹，实现跟踪运动。

而显示画笔的位置坐标，则可通过两段绳长变化与原点坐标之间的函数关系来计算，求出当前点的横纵坐标，并在LCD上显示出来。

2．方案的比较与选择(1)电机的选择方案一:直流电机采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。

用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变绳长的要求，缺点是通过控制直流电机驱动模块将脉冲信号转化为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，导致控制精度差；关键是直流电机不能即停，使直流电机不能精确定位，满足不了控制误差范围为设定值的要求。

方案二:步进电机用单片机产生脉冲信号，脉冲信号的占空比为0.5左右，脉冲信号经过功率放大控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数/模转换；步进电机的速度易于控制，具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止；它的转动角度严格可控，一般情况步距角可以降低到 5.1以下，而采用专用驱动块，可以更加的精确。

悬挂运动控制系统摘要:本系统以实现对悬挂物体精确控制为目的，采用总线结构，各功能模块独立设计，由主控芯片统筹调度，高效而快捷地实现了系统各项功能。

系统以协定好的总线数据包为通信纽带，多块高性价比的A VR MCU 构成主从控制网络，各模块分散控制，自主设计的H型恒流电路完成电机驱动，独特的双液晶显示实现友好的人机交互界面以及对系统状态的直观而实时的监控，巧妙的电机-双探测器寻迹方式保证了轨迹跟踪具有极宽的探测范围和很高的跟踪精度，全浮点的算法使得字长效应对控制精度的影响减到最小。

基于可靠的硬件设计，高效的软件算法，整个系统具有相当高的性能。

关键词：总线电机-双探测器寻迹实时界面Abstract：This system is designed with the purpose of controlling the suspended object precisely, adopting Bus architecture. Each function module is designed dividedly, commended by Master Chip, performing each system function effectually and quickly.System communicate through message packets meeting with protocol which is the tache connecting system modules as a whole, constructing the master-slave control net made up by several A VR MCU of high perform-price ratio, realizing dispersed control .Self-designed H-type constant-current circuits complete the task of driving the motors excellently. Special Double-LCD achieve a friendly human-machine interactive interface, and monitor the system state directly and Real-time. Skillful motor-double detector seeking-trace mode guarantees very large detect area and tracing precision. All floating-point arithmetic reduce the finite-byte-width effect to smallest.Base on reliable hardware and effectual software design, this system is qualified with quite high performs.Keyword:Bus motor-double detectors tracing Real-time interface目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (2)第一章总论 (4)1.1 作品介绍 (4)1.2 设计概述 (5)1.3方案论证及比较 (7)1.3.1 总体方案选择 (7)1.3.2 微控制器的选择 (7)1.3.3 电机驱动模块的论证与选择 (8)1.3.4 寻迹方式的论证与选择 (9)1.3.5 供电方式的选择 (10)第二章基于总线结构的电路原理分析和设计 (11)2.1 硬件电路总体设计思路 (11)2.2 主机模块设计 (12)2.2.1 串行通信概述 (12)2.2.2 主机模块电路设计 (12)2.3 人机交互界面设计 (13)2.3.1 人机交互模块电路设计 (13)2.3.2 LCD1显示界面设计 (15)2.3.3 LCD2仿真液晶显示设计 (16)2.4 电机驱动模块设计 (17)2.4.1 步进电机简述 (17)2.4.2 模块电路总图 (18)2.4.3 恒流电路 (18)2.4.4 H型驱动电路 (18)2.5 跟踪寻迹模块设计 (19)第三章系统软件设计 (21)3.1系统软件概述 (21)3.1.1 串行通信程序设计 (21)3.1.2 总线数据块格式 (22)3.2 主机模块程序设计 (23)3.3 人机交互界面模块程序设计 (25)3.3.1 LCD工作简述 (25)3.3.2 LCD1及键盘程序流程图., (25)3.3.3 LED及无线发射模块程序设计计 (26)3.3.3 LCD2程序设计 (26)3.4 电机驱动模块程序设计 (27)3.5 电机寻迹模块程序设计 (27)第四章系统测试 (28)4.1测试仪器及方法 (28)4.2测试结果 (28)4.2.1人机界面测试 (28)4.2.2自设运动测试 (29)4.2.3圆周运动测试 (29)4.2.4设定点运动测试 (29)4.2.5轨迹跟踪测试 (29)4.3 分析总结 (30)第一章总论1.1作品介绍本系统电路主要包括四大部分，主机模块，人机交互模块，电机驱动模块，跟踪寻迹模块，其中每个模块内部又由一些更具体的功能单元或微控制部分组成。