一种悬挂运动控制系统的近似插补算法研究

目录摘要与关键字------------------------------------------------------------------------------------4 第一章设计任务及要求----------------------------------------------------------------------51.1设计任务--------------------------------------------------------------------------------51.2技术要求--------------------------------------------------------------------------------61.2.1基本要求- ----------------------------------------------------------------------------61.2.2发挥部分----------------------------------------------------------------------------6 第二章模块方案比较与论证--------------------------------------------------------------- 72.1 电动机驱动调速模块------------------------------------------------------------- 72.2 控制器模块----------------------------------------------------------------------------82.3 滑块位移检测模块-------------------------------------------------------------------92.4 纸面线段寻迹模块------------------------------------------------------------------9 第三章系统硬件设计与实现---------------------------------------------------------------103.1 系统硬件结构总体设计-----------------------------------------------------------103.2系统主要单元模块的设计与实现------------------------------------------------103.2.1 机械部分的设计-----------------------------------------------------------103.2.2智能控制部分的设计----------------------------- ------------------------11 第四章系统软件设计------------------------------------------------------------------------154.1 运动机构数学模型的建立--------------------------------------------------------154.2 控制系统程序的设计与实现-----------------------------------------------------164.2.1 控制程序总体设计--------------------------------------------------------16 第五章系统测试------------------------------------------------------------------------------185.1测试仪器------------------------------------------------------------------------------185.2指标测试------------------------------------------------------------------------------185.2.1自行设定运动测试----------------------------------------------------------------185.2.2圆周运动测试----------------------------------------------------------------------185.2.3键盘输入坐标点并运动到该点的测试----------------------------------------18第六章总结-----------------------------------------------------------------19参考文献----------------------------------------------------------------------------------------20致谢----------------------------------------------------------------------------------------------21附录----------------------------------------------------------------------------------------------22摘要本系统的控制部分采用两块单片机实现（AT89C55和AT89C52），主单片机用于控制信号输入和电机驱动，从单片机用于信号检测和运动滑块坐标的实时显示。

悬挂运动控制系统设计王奇彪 梁美 谭延龄摘要：本系统采用STC89C52单片机作为悬挂控制系统的检测和控制核心，实现通过人机界面对物体所作运动进行设定，通过LCD 实时显示此时画笔所在的坐标值；系统具有可画出相应的运动轨迹，可自动跟踪曲线运动，和画圆运动等功能。

运动参数的设定通过红外遥控输入。

系统通过比较当前画笔所在位置与设定的位置的差异以及运动类型，控制步进电机完成相应运动；曲线跟踪采用红外对射式传感器来实现。

关键词： STC89C52单片机 LCD 红外遥控 红外传感器一、方案论证根据题目要求，系统由图（1）中模块组成：图（1）（1）、控制模块的设计方案论证与选择方案一：采用FPGA （现场可编辑门列阵）作为系统控制器。

FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、集成度高、体积小、稳定性好，并且可利用EDA 软件进行仿真和调试。

FPGA 采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求比较高的系统。

在本设计中FPGA 的高速处理能力得不到充分发挥。

方案二：采用SPCE061A 单片机来实现，次单片机内置8路10位ADC 和2路DAC ，避免了外接A/D 转换芯片和D/A 转换芯片，并且I/O 接口比较多，易于扩展外围电路，开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报，集成开发环境中配有很多语音API 函数，实现语音播放比较简单，另外方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。

方案三：采用C8051F020作为系统控制器器。

次单片机运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。

由于其功耗低、体积小、技术成熟等优点，各个领域应用广泛。

在本系统中使用芯片引脚少，没有使用模数转换芯片，在硬件上很容易实现。

因此，在本设计中采用C8051F020处理输入的数据并控制电机运动。

（2）、曲线跟踪模块的设计方案论证与选择方案一：通过开关型霍尔传感器来实现，但是由于该方法只能跟踪磁性物质组成的曲线，成本高、安装起来比较麻烦，而且容易受环境中磁性物质的干扰，控制模块 曲线跟踪模块 电源模块键盘输入模块 显示模块 电机驱动模块抗干扰性能不好。

目录摘要与关键字------------------------------------------------------------------------------------4 第一章设计任务及要求----------------------------------------------------------------------51.1设计任务--------------------------------------------------------------------------------51.2技术要求--------------------------------------------------------------------------------61.2.1基本要求- ----------------------------------------------------------------------------61.2.2发挥部分----------------------------------------------------------------------------6 第二章模块方案比较与论证--------------------------------------------------------------- 72.1 电动机驱动调速模块------------------------------------------------------------- 72.2 控制器模块----------------------------------------------------------------------------82.3 滑块位移检测模块-------------------------------------------------------------------92.4 纸面线段寻迹模块------------------------------------------------------------------9 第三章系统硬件设计与实现---------------------------------------------------------------103.1 系统硬件结构总体设计-----------------------------------------------------------103.2系统主要单元模块的设计与实现------------------------------------------------103.2.1 机械部分的设计-----------------------------------------------------------103.2.2智能控制部分的设计----------------------------- ------------------------11 第四章系统软件设计------------------------------------------------------------------------154.1 运动机构数学模型的建立--------------------------------------------------------154.2 控制系统程序的设计与实现-----------------------------------------------------164.2.1 控制程序总体设计--------------------------------------------------------16 第五章系统测试------------------------------------------------------------------------------185.1测试仪器------------------------------------------------------------------------------185.2指标测试------------------------------------------------------------------------------185.2.1自行设定运动测试----------------------------------------------------------------185.2.2圆周运动测试----------------------------------------------------------------------185.2.3键盘输入坐标点并运动到该点的测试----------------------------------------18第六章总结-----------------------------------------------------------------19参考文献----------------------------------------------------------------------------------------20致谢----------------------------------------------------------------------------------------------21附录----------------------------------------------------------------------------------------------22摘要本系统的控制部分采用两块单片机实现（AT89C55和AT89C52），主单片机用于控制信号输入和电机驱动，从单片机用于信号检测和运动滑块坐标的实时显示。

竞赛设计报告竞赛课题：悬挂运动控制系统学生姓名：罗建龙、熊尚德、唐远钢指导老师：彭勇、罗胜华二〇一一年七月六日摘要本设计为悬挂运动控制系统。

悬挂运动控制系统能够用两个电机来实现控制一个点做轨迹运动。

系统通过按键设定运动点的坐标参数，能在规定的时间之内画出自行设定的运动轨迹，也可以实现画出圆形轨迹的要求。

其系统是由单片机STC89C52来核心控制的，通过单片机的强大的逻辑计算能力实现电机的转速控制，以达到运动点的正常轨迹，利用单片机的端口资源优势实现按键控制和显示输出，可以达到很好的人机交流，，显示输出还可以看出题目要求的时间，更好的可以检测系统的优越性。

关键字：悬挂运动；步进电机；单片机目录1 系统方案的选择与论证 (4)1.1 基本要求： (4)1.2 发挥部分 (4)1.3 控制器器模块 (4)1.4 电源选择 (5)1.5 驱动芯片的选取 (5)1.6 电机的选取 (6)1.7 显示模块的选取 (6)2 系统框图和单元电路设计 (7)2.1 按键控制 (7)2.2 L298N驱动 (8)2.3 显示模块 (9)3理论分析与计算 (10)4 程序流程图 (12)4.1 主程序流程框图 (12)5 调试 (13)5.1 按键调试 (13)5.2 定点运动测试 (13)6 总结 (15)7 参考文献 (16)附录一 (17)电路原理图： (17)附录二 (18)主程序： (18)1系统方案的选择与论证1.1 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)。

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。

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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[2005年电子大赛二等奖]文章来源：凌阳科技教育推广中心作者：浙江大学卢文吉李牡铖陈金龙发布时间：2006-8-29 11:18:29摘要：本设计采用凌阳16位单片机SPCE061A作为悬挂运动控制系统的控制核心，实现了悬挂物体的预设轨迹运动、圆周运动、到指定点运动、循迹运动等功能。

系统采用方向键盘和字符型LCM作为主要的人机接口，并以语音提示作为辅助；采用专用步进电机控制器，保证了系统精度；"米"字形排列的光电开关作为循迹传感器，实现对任意曲线的循迹。

软件上采用对轨迹进行分段取点、邻近点间逐次运动的方式对物体进行控制。

关键词：悬挂运动，步进电机，SPCE061A一、方案论证与选择根据本题要求，系统的简单方框图如图1-1所示：图1-1 系统简单方框图各个模块的作用及实现方案比较如下：1. 单片机控制模块单片机控制模块在本系统中处于核心地位。

其工作包括处理键盘输入、显示模块控制、响应传感器中断、控制电机运行等。

对单片机控制模块的基本要求是具有较高的速度、资源配置满足要求。

方案1：采用MCS-51系列单片机。

经典的MCS-51单片机功能和速度有限；而高档的MCS-51系衍生产品价格昂贵、冗余资源较多、使用范围较窄。

方案2：采用凌阳公司推出的SPCE061A单片机及其开发板--61板作为控制模块。

SPCE061A的CPU时钟为0.32MHz～49.152MHz，速度可以满足电机控制对实时性的要求，也可以满足浮点运算的要求；内置2K Words 的SRAM，为浮点运算提供了足够的数据存储器空间；具有7个触键唤醒中段和2个外部中断，可以满足本系统中键盘和传感器对外部中断的要求；SPCE061A可以通过在线调试器Probe和EZ_Probe实现在线程序下载和调试，极大地提高了开发效率。

此外使用凌阳公司提供的音频函数库和SPCE061A丰富的时基中断可以方便地实现功能扩展。