2005年电子大赛二等奖 凌阳SPCE061A_悬挂运动控制系统 江苏大学 张寿龙 田兆垒 赵生禄.doc

悬挂运动控制系统(6) 作者:江苏大学 张寿龙 田兆垒 赵生禄 ?? 来源:凌阳科技教育推广中心 ?? 录入:随风 ?? 字体:???? 摘要：本系统以凌阳SPCE061A单片机为控制核心，采用L298芯片作为两只步进电机的驱动模块，利用1×4键盘完成对相关参数的设定，采用液晶显示器显示参数信息，采用1个反射式光电传感器来检测板上所标黑线的位置；使用了一套精确的软件算法，有效地实现了两路电机的配合转动，使得悬挂物体能够按照几种不同的设定路径准确移动，完成题目的各项要求。 一、方案论证　　1、单片机的选择　　方案一：采用89C51单片机实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制算法和逻辑控制。但是89C51需外接模数转换器来满足数据采样，硬件电路相对复杂。另外，51单片机在线操作不易掌握，需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。方案二：采用凌阳SPCE061A单片机实现，该单片机内部资源丰富，集成了A/D，D/A，易于数据的采集，同时由于其在线仿真技术，软硬件调试方便，对于电子设计竞赛这种时间紧，任务多的开发来说是极为有利的。基于上述分析，我们拟选择方案二。 　　2、电机的选择　　方案一：采用直流电机控制悬挂物体的运动，直流电机力量大，能获得较大的启动转矩，转动速度快，但由于存在机械触点，直流电机容易产生噪声，而且单独使用时不能完成位置控制，需要配以传感器才能控制定位。　　方案二：采用步进电机控制悬挂物体的准确运动，步进电机不需要使用传感器就能精确定位，而且通过给定的脉冲周期，能够以任意速度转动，定距运动较精确。虽然步进电机不能高速转动，但根据题目要求的时间和移动距离，步进电机完全能够符合要求，是该种要求下广泛使用的一种电机。　　基于上述理论分析，我们拟选择方案二。 　　3、黑线检测模块选择　　检测板上黑线的基本原理是：光线照射到板上并反射，由于黑线和白纸的反系数不同，根据接收到的反射光强弱判断是否黑线。　　方案一：可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判，即使是采用超高亮发光二极管可以降低一定的干扰，但这将增加额外的功率损耗。　　方案二：脉冲调制的反射式红外发射-接收器。采用带有交流分量的调制信号，可以大幅的减少环境光源的直流分量的干扰，但由于该红外发射管的最大工作电流取决于平均电流，该最大电流需要通过调节占空比来调节；而且需要添加额外的电路和程序，本题中并不需要很大的电流，故不需要采用该管子。??　　方案三：不调制的反射式红外发射-接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以有效的降低环境光源的干扰，尺寸小、质量轻、灵敏度高，对辅助装置的要求最少，对人眼无伤害，采用不调制的反射式红外发射-接收器完全可以有效的降低干扰，而且方便可行，能够准确的实施检测。　　基于上述考虑，我们决定采用方案三。 　　4、电源的选择　　方案一：所有器件都采用单一电源。这样供电虽然比较简单，但是由于电动机启动瞬间电流很大，而且给定脉冲信号驱动的电机电流波动较大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，对单片机系统造成严重的干扰，缺点十分明显。　　方案二：双电源供电。将电机驱动电源（12V）和单片机的供电电源（5V）完全隔开，这样设计可以彻底消除电机驱动所造成的干扰，提高了系统的稳定性。　　基于上述考虑，所以我们选择方案二。 　　5、显示的选择　　方案一：用LED数码管显示设定的坐标，本题中只需要六只LED数码管进行动态显示即可以显示X轴和Y轴的坐标，优点是接口简单，易于控制，缺点是只能用于比较简单的数字显示。　　方案二：用LCD液晶显示器显示，优点是能显示更多的字符，有着良好的人机界面，缺点是控制比较复杂。由于凌阳SPCE061A单片机有着丰富的硬件资源，加上现代社会的发展对人机界面的要求越来越高。　　基于上述考虑，所以我们选择方案二。 二、详细软硬件设计　　根据题目要求和上述论证，本系统的系统框图如图2.1。 图 2.1?? 系统结构框图 　　总体设计方案的硬件连接图如图2.2所示。 图 2.2?? 硬件连接图 　　1、硬件设计　　（1）单片机最小系统??　　由凌阳单片机SPCE061A及键盘和LCD显示器组成。　　SPCE061A 是凌阳科技推出的一款16位结构的μnSP系列微控制器。SPCE061A里内嵌32K字的闪存（Flash），较高的处理速度使μnSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。SPCE061A单片机内置8路ADC，2路DAC，且集成开发环境中，配有很多语音播放API函数，用SPCE061A实现语音播放极为方便。另外，该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调