单片机课程设计悬挂运动控制系统E题设计报告.doc

悬挂运动控制系统（E题）摘要： 关键词：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。 2、基本要求： （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)。 、发挥部分 （1）能够显示物体画笔所在位置的坐标（2）控制物体沿板上标出的运动在测试现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm沿连续运动限定在200秒内，沿间断运动限定在300秒内（3）其他。 、评分标准 基本要求 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 50 实际制作完成情况 50 发挥部分 完成第(1)项 10 完成第(2)项中连续线段运动 14 完成第(2)项中断续线段运动 16 其他 10 5、说明 、、方案论证与选择.核心控制模块的选择 方案一：FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成键盘定义与识别、电机工作状态选择与切换、液晶电路的驱动与控制等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑、操作方便，而且可以使用的I/O口线很多；缺点是调试时需要接很多接线，过程繁琐，而且使用CPLD时，由于其内部没有ROM，对功能的实现有所限制。 方案二：单片机方式。即由单片机、电机驱动电路及电机等组成系统。使用单片机也可以完成键盘定义与识别、电机工作状选择与切换等功能，组成的系统规模较小，有一定灵活性，而且可以使用我们比较熟悉的单片机最小系统电路板，减少了工作量。该控制方式需要单片机具有较大的程序存储量，所以可选择存储量为8K的AT89S52单片机。 基于以上分析，拟选用方案二。 2.电机驱动模块??? 电机驱动模块是本系统的执行机构，用于控制悬挂物体的运动。??? 方案1：采用普通小型直流电机。普通直流电机由于其自身结构的限制，控制精度很低，无法达到系统要求的指标，这里不予采用。??? 方案2：采用专用步进电机驱动器及与其配套的步进电机。用这种方案的控制精度、效率和可靠性都很高。根据精度要求选择方案二。 3.黑线探测模块方案一：采用多路阵列式光敏电阻组成的光电探测器。因为光敏电阻探测到黑线时，黑线上方的电阻值发生变化，经过电压比较器比较将信号送给单片机处理，从而控制物体做相应的动作。光敏电阻对环境光的识别，界环境光的影响，方案：采用红外反射式探测，即用已调的红外线垂直射到板面，经反射后转换为电信号送入单片机处理基于上面的讨论，选用了抗干扰能力强的方案二。.显示方案一：采用LED数码管显示器。LED 数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，显示信息量较小，且动态扫描需要占用大量单片机时间，无法做到实时显示。 方案二：采用汉字LCD液晶显示器。LCD有明显的优点：微功耗、尺寸小，超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适本设计中采用1602字符型LCM。1602字符型LCM克服了LED数码管的缺点，具有显示容量大、占用单片机口线少、节省单片机时间、功耗低等优点，完全符合本系统要求。5.位置传感模块??位置传感模块用于实现显示画笔位置的功能。对于这个模块可以有硬件和软件两类解决方案。?方案1：在物体上安装水平和垂直方向的两只激光笔，在板边缘每条坐标线旁边安装一光电传感器，物体坐标所在处的传感器接收到激光笔，即可确定物体位置。可见本方案共需要180个光电传感器，造成此方案几乎不可实现。??方案2：采用软件的方法确定物体位置。单片机控制物体从某个已知的坐标位置出发，并且记录步进电机的每一次移动情况，就可以通过一定的算法计算出物体的位置。这种方案没有位置传感器，精度较低，但是系统简单。避免了硬件方案过于复杂的缺点。本设计使用方案2。??本模块采用即插型按键，接在最小系统的P0—P2.7，采用了4×4的16点阵键盘。可以键入1—9的数字，即可以输入点的坐标值(X，Y)。 系统的总体设计方案　　如图所示采用单片机作为运动物体的控制中心，进行数学计算