地面运动控系统设计12.docxVIP

地面运动控制系统设计摘要：本地面运动控制系统，采用直流电机作为系统的运动源，采用AT89S52作为系统的核心，通过输入脉冲来控制直流电机的运转，从而控制小车的运动轨迹。该系统能够用键盘输入坐标的参数，设置运动模式；用LCD器件1602作为系统的显示器件，界面友好，能够显示系统的工作模式和及当前坐标值，通过拨码开关还可设置电机。软件采用修正查表法（自行设计）计算电动机需要的脉冲个数，节省大量CPU资源和程序存储空间，代码简洁，便于设计和调试。本系统具有多种画图功能，能够画直径为50cm的（面板内）任意圆心的圆或弧，能够画出任意斜率的直线，且能够动态显示当前的坐标，运行速度快，误差小，基本上完成了所要的功能。 一、方案设计本选题是用单片机技术开发地面运动控制系统、小车的控制单元主要包括传感器及调理电路,直流电机及驱动电路,控制器三个部分。控制系统采用AT89S52,控制器按一定的时钟周期对光电检测器的输入信号采样检测,根据光电检测器的状态,判断小车的动作,给直流电机输出正确的控制信号,实现电机的转动。通过定时器中断用C语言编程实现对小车的控制,改变定时器的初值来控制小车的速度。电机采用的是直流电机,直流电机的运行还要一个驱动电路,这里采用L298N驱动芯片。最后，由于系统各部分的驱动电压、电流的不同,因此满足各个模块的需要。小车的循迹功能，需要通过两个红外光电传感器,二个红外光电传感器探测地面情况，由于轨迹为黑色的，不产生反射，其感应信号表现为低电平，通过比较运放后以高电平的形式输出到控制芯片，相反则为低电平，光电检测放大电路将其状态送入控制器AT89S52，对输入的信号进行相应的判别，并用C语言编写程序控制光电传感器的检测间隔，以及小车运动的速度，控制器根据直流电机类别输出相应的控制字，让小车实现位移。在软件设计方面，则分为三个模块，即数据采集模块、信号处理模块、控制器控制电机模块。此设计结构简单，采用传统的单片机C语言进行编程，通过编译成机器语言，再由通信软件将机器码文件送入单片机联机经KEIL C51仿真调试验证结果的正确性。二、方案论证　根据题目的设计要求，本设计主要实现勾画设定轨迹和对设定轨迹的搜寻功能，并能实时的显示物体中画笔所在位置坐标。其系统方案框图如图1.1所示。为实现各模块功能，提出了几种设计方案并进行论证。图1.1 系统方案框图1、控制器模块　方案一：采用传统的51系列单片机作为系统控制器。在本设计中，单片机的运算速度越快，运动轨迹精度越高，所以对单片机的执行速度有较高的要求；又由于本系统程序量较大，使用的I/O口资源较多，并且AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在系统可编程Flash存储器，片上Flash允许程序存储器在系统可编程。　方案二：采用SPCE061A单片机来实现，此单片机内置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，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。但由于本组成员对于51系列单片机比较了解，因此决定选用 AT89S52单片机。 综上所述，采用方案一。2、电机驱动模块　在本设计中，主控制器通过对电机的转数控制来实现物体的运动，从而作出各种运动轨迹，设计思想是将物体的运动转换为电机的转速的问题，从便于软件设计的角度出发，采用了直流电机作为被控电机，这种具有较高的控制精度，速度的可控性好，制动性强。其驱动方案如下：　采用L298N模块，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作。L298N电机驱动模块包含两个H桥电路，可以同时驱动两个直流电机或一个四线步进电机。利用单片机控制可以很方便地利用PWM脉宽调制法进行调速。3、寻迹模块　方案一：采用热探测器。由于温度变化是因为吸收热能辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长没有关系，即对红外辐射吸收没有波长的选择，因此受外界环境影响比较大。　方案二、采用红外光电传感器作为敏感元件，利用红外线对不同颜色的反射系数不同而产生强弱电流信号，所以受外界环境的影响比较小，抗干扰性比较强。　基于以上两种方案比较，采用方案二。 经过上述的分析和论证，决定了系统各模块采用的最终方案如下：　(1) 控制模块：???采用AT89S52单片机；　(2) 循迹模块： ??采用红外传感器构成循迹模块；　　(3) 键盘模块：???采用矩阵键盘；　(4) 显示模块：???采用1602字符型LCM构成显示模块；　(5) 电机驱动模块：??采用L298N模块来实现；　(6) 电源模块：???采用过滤，滤波，稳压等电路实现。三、各模块电路原理图1、AT89S52控制模块原理如图3-1 图3-12、矩阵键盘原理图如图3-2 图3-23、电