05年电子设计大赛题论文——悬挂控制系统.doc

作者：缑文博 丁 杰 白 博 赛前辅导老师：刘远聪 兰建平 胡亚琦 摘要 本悬挂系统是以两个AT89C52为核心，用专用步进电机的驱动SJ-220驱动步进电机控制坐标图上的笔的位置，通过两个定滑轮配合步进电机，利用控制电机的转速的变化绘制出所需的图形。利用LCD作为整个过程的显示部分，结合4×4的键盘输入，控制画图过程的输入。 一、设计方案和论证 按照题意，控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；控制物体在80cm×100cm的范围内做自行设定的运动，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300s内完成；控制物体做圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300s内完成；物体从左下角坐标原点出发，在150s内到达设定的一个坐标原点。在此基础上，能够显示物体中画笔所在位置的坐标。考虑到测量对象较多，如果使用一个单片机，系统资源将非常紧张，难以达到最佳的控制。因此，采用两片单片机，合理分工，分别控制各模块的工作。系统框图如图1所示。 对于各模块的设计，分别讨论如下。 1.电动机及其的选择 （1）电动机的选择 方案一：使用步进电机。其优点在于速度易于控制，可以实现快速启停，且转动角度严格可控。可以根据驱动脉冲电流的次数计算小车的行驶距离，省去距离测量这一环节。步进电机的功率大，速度可调，转速稳定，可以达到精密控制。 方案二：使用直流电机，用脉冲宽度调节方法，对电机进行控制。但此方案的缺点也很明显，直流电机动起来惯性大，转速不易控制，很难达到精确地控制，误差较大。 因此，选择方案一。 （2）电动机驱动模块 所用电动机是四相电动机，需要放大4路驱动信号。 方案一：采用4路三极管放大电路驱动，该方案电路复杂，可靠性难以保证。 方案二：采用专用的步进电机驱动SJ—220, SJ-220驱动器驱动二相混合式步进电机，该驱动器采用原装进口模块，实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小，带动2A以下所有的42BYG、57BYG、系列步进电机。这个方案的优点是原理简单、易控制、带负载能力强，在单片机I/O口的配合下，通过电平控制的方法，实现了对电动机的控制，使设计简单易行。 基于上述分析，选择方案二。 2.悬挂线的选择 方案一：使用一般的尼龙绳，这种绳子光滑而轻巧，与滑轮之间的摩擦小，结实耐用。但是这种绳子从在的一个缺点就是延展性太大，承载的负载稍微一大，就会被拉长，所以使用这种绳子，就很难达到精确的控制画笔，使误差变大，甚至超出误差允许的范围。 方案二：采用常用的钓鱼线，这种绳子不仅细而光滑，与滑轮之间的摩擦小，而且结实耐用、延展性极小，能够减小实验中造成的不必要误差，做到更精确的控制。 综上所述，选择方案二。 3.坐标纸的选择 方案一：采用一般的格子纸，这种纸虽然价格不高，但是不能重复利用，试验几次之后就得换一张，这样就会造成不必要的经济损失。 方案二：使用专用的格子纸，这种纸表面光滑，用过几次之后，用湿抹布可以擦去笔迹，可以再次利用，但是这种纸不仅价格很高，而且在市场上很难买到。 方案三：为了达到很好的性价比，我们采用一般的格子纸和透明的塑料玻璃纸，在格子纸上贴上塑料玻璃纸，这样就可以达到反复利用的目的，不仅节省而且又耐用。 综合考虑，我们选择方案三。 4.画笔的选择 考虑到格子纸表面是光滑的，一般的铅笔很难在上面留下痕迹，而毛笔的吸水性又不是很好，画完之后，墨水会沿着玻璃纸留下来，所以我们得选择下水均匀，而且在玻璃纸上能留下痕迹清楚且均匀的笔，所以有以下方案。 方案一：采用记号签字笔，这种笔在纸上可以留下均匀而流畅的笔迹，是很好的选择。但是这种笔在刚刚画完之后，笔迹还可以擦掉，时间一长就很难擦干净了。 方案二：使用白板签字笔，这种笔有着和记号签字笔一样的优点，而且这种笔的笔迹随时都可以擦掉。 综上所述，我们选择方案二。 5.电源选择 方案一：所有器件采用单一电源。这样，供电比较简单，但用SJ—220驱动步进电机时需要的电压至少也要18V，而继电器的电压要求在12V左右，这样的高电压远远超过了单片机的工作电压，很难去正常工作。 方案二：双电源供电。将步进电机驱动电源与单片机及其外围电路电源完全隔离。这样，可以消除步进电机驱动导致的干扰，提高系统稳定性。 系统稳定性对小车完成既定任务至关重要，因此，采用方案二。 6.显示模块 方案一：采用传统的八位数码管（LED）显示时间以及距离。 方案二：采用点阵式液晶显示器（LCD）显示各种相关信息。 以上两种方案中，方案一编程简单，硬件调试方便，但显示信息量少，功耗较大；而方案二的点阵式液晶显示器属于低功耗器件，从而使系统更具智能化。 因此