自由摆的平板运动控制系统.doc

摘　　要 本系统以单片机为控制核心，运用C语言编写程序，由传感器检测位移角度，完成平板的自由旋转控制、平板跟随自由摆摆角控制、以及自由摆摆动过程中控制平板完成激光笔定点控制，设计和实现基于自由摆的平板运动控制系统。 系统选用8位的AT89C52单片机，所选传感器为 MMA8452三轴数字加速度传感器作为系统角度的检测模块，并通过IIC总线实施与单片机之间的信号传输，利用ULN2003A步进电机驱动器驱动步进电机作为系统的执行机构来推动电机轴上的平板运动。论文设计和实现了能完成功能的控制系统硬件，并通过高效的步进电机自适应控制算法和合适的数字控制滤波程序精确控制电机的转角及转速。 由于只是模拟基于自由摆的过程和虚拟显示结果，所以此设计较实物还存在一定差距，本系统最后实现了由滑动变阻器控制模拟量输入，输入值为0V到5V，单片机控制步进电机转动，LM106L液晶显示步进电机所转的角度，角度变化为-90度到+90度之间。 关键词：AT89C52；MMA8452；自由摆The system takes the SCM as the control core, the use of C language procedures, detected by the sensor displacement angle, complete the flat free rotation control, follow the free swing angle control panel, and a free pendulum swing process control plate laser pen point control, design and Implementation Based on free pendulum plate motion control system. System selection of8 bit AT89C52microprocessor, system uses MMA8452three axis digital accelerometer as system angle detection module, and through IIC bus is implemented with SCM signal transmission, using stepper motor drive stepper motor as the actuator system to drive the motor shaft plate movement. The design and implementation of can complete the function of the hardware of the control system, and through the efficient stepper motor control algorithm for adaptive and appropriate digital control filtering procedures accurate control of motor rotation and speed. Because the only virtual demonstration system operation process, so is not up to the real required less strict, simulation of stepping motor the rotation angle and the input control error. Key words: AT89C52; MMA8452; free pendulum 1 方案选择与论证 总体方案设计 系统主要包含四个功能模块：电源模块、角度信号检测模块、驱动模块及人机接口模块。电源模块负责向系统供电。角度信号检测模块包含两个MMA8452三轴加速度传感器，负责实时检测自由摆摆臂与垂直方向的夹角及平板与水平方向的夹角。驱动模块由电机驱动器及步进电机组成，主要控制平板转动，保证系统功能的实现。人机接口模块包括按键和液晶，通过按键选择菜单功能，液晶显示板上主要显示菜单，实时检测到的数据及系统运行结果。系统总体控制采用飞思卡尔公司的位单片机 本系统需要解决的核心问题是摆臂摆动过程中角度信号的检测以及步进电机控制控制平板作相应转动的算法实现。 系统的总体结构框图如图1所示 图1 系统控制策略的确定 控制思路 算法对于控制系统设计是一个相当重要的环节，因为只有在确定了算法之后才能对系统中步进电机的速度进行准确的控制，达到精确