简易旋转倒立摆及控制系统.doc

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简易旋转倒立摆及控制系统

2013年全国大学生电子设计竞赛 设计(论文)报告 简易旋转倒立摆及控制系统 (日 期) 摘 要 摘 要:本简易旋转倒立摆及控制系统采用STC89C52单片机作为主控系统,2MA320作为电机驱动模块,STC89C52单片机通过2MA320驱动模块驱动42H4218步进机,使步进机控制旋转臂转动进而带动摆杆运动。硬件部分主要包括STC12C5A60S2单片机最小系统,2MA320电机驱动电路,WDD35电位器,电源模块等。本设计主要运用STC89C52单片机控制2相4线步进电机,由单片机产生脉冲信号精确控制步进机的转速和角度,使步进电机能够控制旋转臂运动。 Abstract: This simple rotary inverted pendulum and control system uses STC89C52 MCU as the master system, 2MA320 as the motor drive module, STC89C52 microcontroller through 2MA320 drive 42H4218 stepper driver module, the stepper motor control rotary arm rotation and thus promote the pendulum movement. Hardware part includes STC12C5A60S2 smallest single-chip system, 2MA320 motor drive circuit, WDD35 potentiometer, power supply module. The main use of this design STC89C52 SCM 2 phase 4 wire stepper motor pulse signal generated by the microcontroller precise control of the stepper motor speed and angle of rotation of the stepper motor to control the arm movement. 关键词:STC单片机;L298N电机驱动芯片;传感器 目 录 摘 要 1 目 录 i 1 设计任务与要求 1 1.1 设计任务 1 1.2 设计要求 1 2 方案比较与论证 2 2.1 主控器的选择与论证 2 2.2 电机的选择与论证 2 2.3 驱动模块的选择与论证 2 3 系统硬件设计 3 3.1 总体电路框图 3 3.2 单元电路设计 3 4 系统软件设计 5 4.1 总体软件框图 5 4.2 各模块软件设计 6 5 系统调试与测试 10 5.1 测试仪器 10 5.2 测试指标 10 5.3 测试结果分析 11 6 设计总结 11 设计题目 设计任务与要求 设计任务 1、设计并制作一套简易倒立摆及其控制系统,其结构如图1-1所示。电动机A固定在支架B上,通过转轴F驱动旋转臂C旋转,摆杆E通过转轴D固定在转轴臂C的一端,当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时,带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。 图1-1 图1-2 设计要求 1基本要求 摆杆从处于自然下垂状态(摆角0°)开始,驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动,并尽快使摆角达到或超过-60°~+60°; 摆杆处于自然下垂状态,尽快增大摆杆的摆动幅度,直至完成圆周运动; 在摆杆处于自然下垂状态下,外力拉起摆杆至接近165°位置,外力撤除同时,启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s;期间旋转臂的启动角度不大于90°。 2发挥部分 从摆杆处于自然下垂转台开始,控制旋转臂作往复旋转运动,尽快使摆杆摆起倒立,保持倒立状态时间不少于10s; 在摆杆保持倒立状态下,施加干扰后摆杆能继续保持倒立或 2s 内恢复 倒立状态; 在摆杆保持倒立状态的前提下,旋转臂作圆周运动,并尽快使单方向 转过角度达到或超过 360°; 其他。 方案比较与论证 主控器的选择与论证 方案一:采用MSP430 方案二:采用STC89C52 方案论证:方案一,MSP430芯片功能强大,高速运转,超低功耗,内部集成12位ADC等,但是430操作较为复杂,用作此题大部分功能得不到使用;方案二,STC89C52芯片价格便宜,应用范围广,操作简单,外接AD后,可完全满足本设计要求。鉴于设计要求,故采用方案二。 电机的选择与论证 方案一:采用直流电机 方案二:采用步进电机 方案论证:方案一,直流电机价格低,调速范围广,易于平滑调节,过载、起动、制动转矩大,难于控制转轴的角度和转速;方案

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