悬挂控制系统.doc

合肥学院暑期培训电子设计报告 作品名称： 悬挂控制系统 学校全称： 合 肥 学 院 系别班级： 队员姓名： 指导老师： 目录 一 、作品任务和要求 1 1.1设计任务 1 1.2设计要求 2 二、系统方案论证 2 2.2控制器模块 3 2.3电机的选择 4 2.4驱动及调速方案 4 2.5控制物体运动算法 5 2.6黑线检测模块。 6 2.7显示方案 6 三、系统硬件设计 7 3.1系统整体框图 7 3.2寻轨迹控制方法 7 3.3电源部分电路设计 9 3.4步进电机的控制和驱动模块 10 四 、软件设计 11 4.1软件核心算法 11 4.1.1直线运动核心算法 11 4.1.2圆运动核心算法 13 4.2系统流程图 17 五、系统测试与数据分析 18 5.1测试仪器 18 5.2测量结果 18 5.3误差分析及改进措施 19 六、报告总结 20 七、参考文献 21 八、附录 22 悬挂控制系统 摘要：悬挂系统在工业和农业生产中广泛运用，所以有必要了解其系统原理，从而对其进行控制。本系统利用89C52单片机作为控制系统，以步进电机，滑轮等元件搭建了步进可调、运动精确的悬挂系统模型，该系统可以画直线、圆、正弦函数等图形，还可以用来循迹。该系统可推广到实际生产中，能给生产带来便利。 关键字：悬挂 红外循迹 单片机 步进电机 励磁 正文： 一 、作品任务和要求 1.1设计任务 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，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, 图如下。 图1-1 结构示意图 1.2设计要求 （1）控制系统能够通过键盘或其方式任意设定坐标参数； （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秒完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动300秒 （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40cm)。（）能够显示物体画笔所在位置的坐标（）其他。 1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，以保证悬挂物体按照预先设定或即时设定的运动轨迹运行。 2为保证该控制系统的精度要求，必须对运动物体在画板上的具体位置（坐标点）进行实时的检测。 3为保证该运动物体能在尽可能短的时间内按设定运动轨迹从起始点到达目标点，还需要相应的设定及显示电路。 我们分以下几个部分进行方案设计和比较论证。 2.1系统整体框图 图2-1 系统模块图 2.2控制器模块 根据题目要求，控制器主要用于控制电机，并对坐标参数进行处理，控制电机移动方向。对于控制器的选择有以下两种方案。 方案一： 采用FPGA为系统的控制器，FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能控制。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。通过输入模块将参数输入给FPGA，FPGA通过程序设计控制步进电机运动，但是由于本设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。 方案二： 采用stc89c54作为系统控制的方案。单片机算术运算功能强，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、技术成熟和成本低等优点，各个领域应用广泛。并且，由于芯片引脚少，在硬件很容易实现。因此，在本设计中采用stc89c54处理输入的数据并控制电机运动。 综合上述两种方案，方案二较为简单，可以满足设计要求。 2.3电机的选择 方案一：采用带旋转编码器控制直流电机，电机运转平稳，精度可以得到保证。但其驱动电路复杂，在短时间内难与实现。方案：用步进电机实现物体的精确定位和方向控制。步进电机是一种脉冲控制电机，它是一种能将脉冲信号转换为角位移的数模转换器，可广泛用于无需