基于单片机的悬挂运动控制系统毕业设计开题报告

悬挂运动控制系统（E题）摘要本系统在嵌入式操作系统基础上，使用两块单片机协调工作，对悬挂物体的运动进行实时控制。

系统通过两个步进电机的配合完成了平面任意曲线运动，通过光电传感器配合循迹算法迅速有效地完成了循迹运动。

运动的精度为毫米级，过渡时间不超过1分钟。

同时，使用了点阵式LCD配合PS/2鼠标等外围设备，提供了良好的交互界面。

AbstractThis design bases on an embedded operating system, and uses two pieces of SCM to take real time control of a suspender’s movement in a planar plane. The system can move in any designed way with the cooperation of two step-motors, and do a quick tracing movement because of a special arithmetic, which is based on an array of photoelect ric sensors. The position’s precision of the movement can achieve a level of millimeter, and its transition time is less than 1 minute. Meanwhile, with a LCD and a mouse which follows PS/2 protocol and other input/output devices, it can provide a friendly and humanistic man-machine conversation.一、方案论证与比较从控制系统的角度来看，采用闭环控制方式比采用开环控制的效果要好。

悬挂运动控制系统（E题）设计报告欧阳引擎（2021.01.01）摘要：本悬挂控制系统是一个电机控制系统，控制物体在80cm ×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。

设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件，采用57BYG007-4型步进电机和高细分步进电机驱动器SM-60作为动力装置，采用红外反射式光电传感器实现画板上黑色线寻迹检测，显示部分用液晶显示模块LCD1602实现。

关键词：悬挂控制、单片机、步进电机、红外反射式光电传感器一、设计要求1、任务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，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, 示意图如下。

2、基本要求：（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）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；（3）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；（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。

3、发挥部分（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；（2）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；（3）其他。

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。

毕业设计论文基于单片机的悬挂运动控制系统毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

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作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

悬挂运动控制系统摘要： 本系统采用 MSP430F149 为主控芯片，通过液晶屏和键盘与操作人交互，通过步 进电机对悬挂载荷进行开环运动控制， 使用安装于悬挂载荷的反射式红外光电传 感器提供的反馈对面板上给定曲线进行闭环跟踪。

关键字： MSP430 单片机 步进电机 红外传感器This system is consisted by the controlling core of MSP430 MCU, the human interface of a LCD and a keyboard, two step motors for open-loop controlling of the suspended load and a matrix of reflected infrared optic-electronic sensors for feedback of the close-loop tracing to the given curve. Keywords: MSP430 MCU step motor infrared optic-electronic sensor一、方案论证： 根据题目要求，系统主要实现的功能是自由运动、定点运动、圆周运动和循 迹运动，通过手动设置参数，并能在运动的过程中实时显示坐标，关键在于电机 的精确控制。

系统的方案框图如图 1 所示：键盘模块 显示模块1、控制器模块方案 方案一：采用通俗的 51 单片机，运用比较广泛，有良好的知识作为基础，上手 方案一业专器仪与术技控测 学大技科子电安西 颖铭郑 龙云卢 伟大张 坤艳李：者作 建赵 ：师老导指Abstract循迹模块电源模块控制器 模块电机 模块图案方统系 1 图很快。

但是 本系统的程序量较大，需要的 I\O 口资源较多，51 单片机 难 以胜任。

方案二： 方案二 系统采用 TI 公司所生产的 MSP430F149 单片机为主控制芯片，有非常丰 富的资源： 6 个 8 位并行口其中两个有中断功能，12 位的 ADC,强大的定时器， 精密的比较器，大容量的 RAM 和 ROM,存储大容量的程序。

悬挂运动控制系统设计报告摘要：本系统以TI公司生产的高性能，低功耗MSP430单片机为控制核心，通过所需运动轨迹曲线的参数方程,建立运动控制模型，并对两组步进电机采用一定的算法进行控制，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、显示坐标以及做圆心可任意设定的圆周运动等功能。

关键词：悬挂运动控制MSP430 步进电机一、方案的选择与比较1．主体控制方案比较本题目要求设计一个电机控制系统，能够实现指定位移转换、画圆、循迹运动等。

系统主要由电机模块，速度检测模块，，循迹模块，主控制模块组成。

重点在于电机的精确控制与位移的精确计算。

下面分别论证这几个模块的选择。

1.1主控制系统的论证与选择方案一：选用STC89C52等51系列芯片价格便宜，应用范围广，运转速度慢，抗静电抗干扰弱；方案二：选用MSP430芯片运转速度块，抗静电抗干扰强。

方案比较：STC89C52等51系列内部寄存器等资源较少，处理速度慢。

MSP430内部资源丰富，处理速度快,稳定性高。

本系统对控制芯片要求较高，需要大量数据处理。

考虑到电路的简便性及快速性，我们采用方案二。

1.2电机论证与选择方案一：步进电机。

在非超载的情况下，电机的转速、停止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。

每给一次脉冲信号，电机能够转过一个步距角。

而采用专用驱动块，通过细分器的将输入控制脉冲细分，可以更加的精确。

步进电机定位准确，精度高，可控制性强。

这样我们就可以根据驱动脉冲总数来计算绳子所走过的路程，从而得出坐标和时间。

方案二：直流减速电机。

此电机在正常通电状态下，转速平稳，角度的变化也近乎连续，控制简单方便。

方案三：舵机。

舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。

具有良好的速度控制特性，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，减速效率可达90%以上，可完成较高精确位置控制。

方案比较：直流减速电机角度变化连续，无法做到精确地起停控制。

课题：基于单片机的悬挂运动控制系统摘要悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。

设计采用STC89C52单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹的自动控制,采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动芯片L298，以实现对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制。

本文首先在第一部分介绍了本设计的目标，第二部分介绍了设计方案的选择和所要用到的相关技术，第三部分介绍了基于系统结构的相关电路设计，第四部分介绍了系统的软件设计。

最后，在第五部分是该论文的结束语。

关键词：STC89C52单片机;运动轨迹；脉冲宽度调制；L298ABSTRACTHang trajectory control system is a motor control system,object make linear,circle,searching locus and etc locomotion within the range of the80cm×100cm,while movement system can display the coordinate of the object.Adopt STC89C52MCU as the main part to realize the automatic control of the object motion locus in this design.In this design system also adopt PWM technique control DC motor drive chip L298to realize the accurate control of motor rotation speed,rotation direction, Start,Stop and etc operating position.This paper introduces the design goals in the first part,the selection and design to the use of related technology in the second part, the design of related circuits based on the system structure in the third part,the software design of the system in the fouth part.In the end,there is a conclution in the fifth part.KEY WORDS:STC89C52MCU;sport trajectory；PWM；L298第1章系统设计要求与意义1.1系统设计要求1、控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；2、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，在一定时间内完成；3、控制物体作圆心可任意设定、半径为R的圆周运动，在一定时间内完成；4、物体从左下角坐标原点出发，在一定时间内到达设定的一个坐标点。

悬挂运动控制系统摘要：本系统以MSP430F449单片机最小系统为控制核心，分为步进电机控制模块、红外检测模块、人机交互模块等部分。

该系统可通过键盘任意设置坐标点参数；控制质量大于100g的物体在仰角不大于100°的80cm 100cm白板上作自行设定的运动，物体携带画笔在白板上画出运动轨迹；控制物体沿板上标出的任意黑色间断曲线运动；实时显示物体所在位置的坐标。

系统完成各项指标，界面友好。

关键字：红外检测步进电机MSP430单片机目录一、方案的设计 (1)1.1、方案的选择与论证 (1)1、电机的选择 (1)2、传感器的选择 (1)3直线算法的选择 (1)4、画圆算法的选择 (1)5、画笔的控制 (2)1、2、方案的确定 (2)二、理论分析与计算 (2)2.1坐标点参数的计算 (2)2.2直线的计算 (3)三、系统单元电路设计 (4)1、红外传感器连接电路 (4)2、步进电机驱动电路 (4)3、画笔设计 (4)四、软件设计 (5)五．调试与实验结果 (5)1.画直线功能测试 (5)2、画圆功能测试 (6)3、循迹功能测试 (6)六、参考文献 (6)一、方案的设计1.1、方案的选择与论证1、电机的选择方案一：使用直流电机驱动画笔。

直流电机能实现连续运转，只要型号选择合适，其驱动能力足以使画笔在限定的时间内画出足够长的线。

但直流电机运行时的惯性比较大，不同的运行方式进行切换时，延时较长，画出的图形不能满足题目要求。

方案二：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，故采用此方案，使用两相四线式步进电机。

2、传感器的选择方案一：可见发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。

这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界光照条件改变，就很可能造成误判和漏判：虽然采取超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功耗。

悬挂运动控制系统（E题）设计报告摘要：本悬挂控制系统是一个电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。

设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件，采用57BYG007-4型步进电机和高细分步进电机驱动器SM-60作为动力装置，采用红外反射式光电传感器实现画板上黑色线寻迹检测，显示部分用液晶显示模块LCD1602实现。

关键词：悬挂控制、单片机、步进电机、红外反射式光电传感器一、设计要求1、任务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，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, 示意图如下。

2、基本要求：（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）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；（3）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；（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。

3、发挥部分（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；（2）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；（3）其他。

4、评分标准51、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分；3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分；4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运动后，不能再人为干预物体运动；5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试时自带。

悬挂运动控制系统（E题）设计报告摘要：本悬挂控制系统是一个电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。

设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件，采用57BYG0074型步进电机和高细分步进电机驱动器SM60作为动力装置，采用红外反射式光电传感器实现画板上黑色线寻迹检测，显示部分用液晶显示模块LCD1602实现。

关键词：悬挂控制、单片机、步进电机、红外反射式光电传感器一、设计要求1、任务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，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, 示意图如下。

2、基本要求：（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）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；（3）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；（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。

3、发挥部分（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；（2）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；（3）其他。

4、评分标准5、说明1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分；3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分；4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运动后，不能再人为干预物体运动；5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试时自带。