1、文章來源: ht/xpzl.htm懸掛運動控制系統（E 題）一、任務設計一電機控制系統，控制物體在傾斜（仰角100 度）的板上運動。在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運動，運動范圍為 80cm100cm。物體的形狀不限，質量大于 100 克。物體上固定有淺色畫筆，以便運動時能在板上畫出運動軌跡。板上標有間距為 1cm 的淺色坐標線（不同于畫筆顏色），左下角為直角坐標原點,示意圖如下。 2、發揮部分能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標；控制物體沿板上標出的任意曲線運動(見示意圖)，曲線在測試時現場標出，線寬 1.5cm1.8cm，總長度約 50cm，

2、顏色為黑色；曲線的前一部分是連續的，長約 30cm；后一部分是兩段總長約 20cm 的間斷線段，控制系統能夠通過鍵盤或其他方式任意設定坐標點參數；控制物體在 80cm100cm 的范圍內作自行設定的運動，運動軌跡長度不小于 100cm，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限 300 秒內完成；控制物體作圓心可任意設定、直徑為 50cm 的圓周運動，限 300 秒內完成；物體從左下角坐標原點出發，在 150 秒內到達設定的一個坐標點(兩點間直線距離不小于 40cm)。二、要求1、基本要求：四、說明跡吻合，同時盡量縮短運動時間；2、若在某項測試中運動超過限定的時間，該項目不得分；3、運動軌跡與預期

3、軌跡之間的偏差超過 4cm 時，該項目不得分；4、在基本要求(3)、(4)和發揮部分(2)中，物體開始運動前，允許手動將物體定位；開始運動后，不能再人為干預物體運動；5、競賽結束時，控制系統封存上交賽區，測試用板(板上含空白坐標紙) 測試時自帶。1、物體的運動軌跡以畫筆畫出的痕跡為準，應盡量使物體運動軌跡與預期軌三、評分標準項目滿分基本要求設計與總結 ：方案比較、設計與論證，理論分析與計算，電路圖及有關設計文件，測試方法與儀器，測試數據及 分析。50實際制作完成情況50發揮部分完成第(1)項10完成第(2)項中連續線段運動14完成第(2)項中斷續線段運動16其他10間斷距離不大于 1cm；沿連

4、續曲線運動限定在 200 秒內完成，沿間斷曲線運動限定在 300 秒內完成；（3）其他。懸掛運動控制系統（E 題）-學生作品畢業設計（）原創摘要：懸掛軌跡控制系統是一電機控制系統，控制物體在 80cm100cm 的范圍內作直線、圓、尋跡等運動，并且在運動時能顯示運動物體的坐標。設計采用AT89S51 單片機作為器件實現對物體運動軌跡的自動控制，通過多圈電位器實現對懸掛物位置的精確測量，并引入局部閉環反饋控制環節對誤差進行修正。以達到對物體的控制和對坐標點的準確定位。采用脈沖寬度調制技術控制直流電機驅動L298，以實現對電機的轉速、轉向、啟停等多種工作狀態進行快速而準確的控制。采用紅外光電傳感器

5、實現檢測電機速度和畫板上黑色曲線軌跡。：運動軌跡；多圈電位器；脈沖寬度調制；紅外反射光電傳感；直流電機驅動ng trajectory control system is a motor control system, object makeABSTRAClinear, circle, searching locus and etcotion withhe range of the80cm100cm, while movement system can display the coordinate of the object.Adop89S51 MCU as the main part to r

6、ealize the automatic control of the objectmotion locushis design, system using multiturn potentiometer to measure theition of object, androdulocal closed-loop feedback control system link tocorrect error,hat case system can improve the accuracy of control and orienion.his design system also adopttec

7、hnique control DC motor drive chip L298 torealize the accurate control of motor roion speed, roion direction, Start, Stop andetc operatingition. System adopt infrared photosensor measure motor roionspeed and drawing locus by black curve on the palette.KEY WORDS:sport trajectory；loopypotentiometer；in

8、frared photosensor；DC motor driving第 1 章 引 言運動控制是自動化技術的重要組成部分，是機器人等高技術領域的技術基礎，已取得了廣泛的工程應用。運動控制集成了電子技術、電機拖動、計算機控制技術等內容，例如在工廠、碼頭往往需要將貨物從一點搬往另一點，如使用懸掛控制系統更方便、安全。在此基礎上還可設計成基于三線懸掛結構的運動控制裝置。所謂三線懸掛是指，將三根纜線系于一點并懸掛重物，且三根纜線分別掛在三個固定滑輪上，其長度由電機驅動的三個繞線輪分別控制，從而控制懸掛重物在三中的位置。其中原理和懸掛軌跡控制系樣的。懸掛軌跡控制系統是一電機控制系統。為滿足控制需要，本

9、系統采用AT89S51 單片機作為器件，多圈電位器為物置器件，以 L298驅動的直流電機為執行設備，鍵盤和 LED 顯示為人機接口的結構方式。算法方面通過以微小直線為的策略，完成較為復雜的長直線、圓周和不確定曲線。系統將物體運動的坐標轉化成懸繩伸縮的距離，進而計算出多圈電位器需要轉動到的位置，再算出兩直流電機的脈沖寬度調制（）值。再通過 A/D 轉換實現對懸掛物位置的精確測量，并引入局部閉環反饋控制環節對誤差進行修正。對于系統自定的確定線型（直線和圓周），通過調整兩個直流電機不同的值的搭配，可以控制物體的運動方向。而對于不確定的曲線，由光電傳感器得到路線信息，經過單片機的處理，給出物體運動方向

10、的指令。本設計的主要特點：1、優化的算法，智能化的自動控制，誤差補償。2、使動滑輪，有效防止滑輪與拉繩之間打滑。3、使用多圈電位器與動滑輪同步轉動，引入反饋，實現物體精確定位。4、LED 顯示模塊提供一個人機界面，并實時顯示坐標及物體的運動軌跡。第 2 章 系統功能及基本原理2.1設計任務1、控制系統能夠通過鍵盤或其他方式任意設定坐標點參數；2、控制物體在 80cm100cm 的范圍內作自行設定的運動，運動軌跡長度不小于 100cm，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡，限 300 秒內完成；3、控制物體作圓心可任意設定、直徑為 50cm 的圓周運動，限 300 秒內完成；4、物體從左下角坐標原

11、點出發，在 150 秒內到達設定的一個坐標點(兩點間直線距離不小于 40cm)；圖 2.1 懸掛控制示意圖5、控制物體沿板上標出的任意曲線運動，如圖 2.1 所示，曲線在測試時現場標出，線寬 1.5cm1.8cm，總長度約 50cm，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續的，長約 30cm；后一部分是兩段總長約 20cm 的間斷線段，間斷距離不大于1cm；沿連續曲線運動限定在 200 秒內完成，沿間斷曲線運動限定在 300 秒內完成；6、能夠顯示物體中畫筆所在位置的坐標，運動軌跡與預期軌跡之間的偏差不得超過 4cm。2.2系統基本方案根據設計要求，需要實現勾畫設定軌跡和對設定軌跡的搜尋功能，并能實時

12、的顯示物體中畫筆所在位置坐標。其系統方案框圖如圖 2.2 所示。圖中多圈電位器安裝在兩個動滑輪上，電機收放線長度就會通過多圈電位器轉換成電壓值，通過A/D 轉換后送入單片機；反射式光電傳感器對黑線進行檢測，以脈沖信號的形式送入單片機，同時按鍵信號送入單片機對物體進行設置校正以及軌跡參數設定，控制器對送來的信號進行分析、運算、處理，將控制信號輸送到電機驅動模塊，控制電的轉速,使物體的運動軌跡得以控制。第 3 章方案論證和比較根據題目要求可知，本系統所涉及的問題主要有：1、對電機的轉速、轉向、啟停等多種工作狀態進行快速而準確的控制，以保證懸掛物體按照預先設定或即時設定的運動軌跡運行。2、為保證該控

13、制系統的精度要求，必須對運動物體在畫板上的具置（坐標點）進行實時的檢測。3、為保證該運動物體能在盡可能短的時間內按設定運動軌跡從起始點到達目標點，還需要相應的設定及顯示電路。分以下幾個部分進行方案設計和比較論證。3.1控制器模塊根據題目要求，控制器主要用于控制電機，并對坐標參數進行處理，控制電機移動方于控制器的選擇有以下兩種方案。方案一：采用 FPGA 為系統的控制器，FPGA 可以實現各種復雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊上，減少了體積，提高了穩定性，并且可應用 EDA仿真、調試，易于進行功能控制。FPGA 采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合作為大規模實時

14、系統的控制。通過輸入模塊將參數輸入給 FPGA，FPGA 通過程序設計控制步進電機運動，但是由于本設計對數據處理的時間要求不高，FPGA 的高速處理的優勢得不到充分體現，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于的引腳較多，實物硬件電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。方案二：采用 AT89S51 作為系統控制的方案。單片機算術運算功能強，編程靈活、度大，可用編程實現各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術成熟和成本優點，各個領域應用廣泛。并且，由于引腳少，在硬件很容易實現。因此，在本設計中采用 AT89S51 處理輸入的數據并控制電機運動。綜合上述兩種方案，方案二較為簡單，可

15、以滿足設計要求。3.2 電機的選擇方案一：采用直流電機。直流電機具有最優越的調速性能，主要表現在調速方便（可無級調速）、調速范圍寬、低速性能好（起動轉矩大、起動電流小）、運行平穩、噪音低、效率高等方面。方案二：采用步進電機。步進電機具有控制簡單、定位精確、無積累誤差等優點。但它在運行時噪音大、高速扭矩小、啟動頻率低、價格較高。基于上述比較，為了方便地對電機進行無級調速，和需要電機帶負載能力強的特點，這里采用直流變速電機。3.3驅動及調速方案方案一：采用繼電器對電的開和關進行控制，通過開關的切換對電機的速度進行調整。這個方案的優點是電路較為簡單，實現容易；缺點是繼電器的響應速度慢、機械結構易損壞

16、、較短。方案二：采用內集成有管組成的H 型的功率變換橋電路的恒壓恒流橋式 2A 驅動。用單片機輸出信號控制使之工作在占空比可調的開關狀態，通過程序調節占空比精確調整電機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H 型電路保證了可以簡單實現轉速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩定性也極強，是一種廣泛采用的調速技術。方案三：采用 DSP，配以電機控制所需要的功能電路，通過數控電壓源調節電機運行速度，實現控制物體的運動軌跡。該方案優點是體積小、結構緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統軟硬件復雜、成本高。基于上述理論分析和實際情況，擬定選擇方案二。3.4速度方案方案一：采用霍爾集成片。

17、該器件由三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正對金屬板時，由于霍爾效應，金屬板發生橫向導通，因此可以在電機上安裝磁片，而將霍爾集成片安裝在固定軸上，通過對脈沖的計數進行電機速度的檢測。方案二：采用對射式光電傳感器。其檢測方式為：和接受器相互對射安裝，的光直接對準接受器，當測物擋住光束時，傳感器輸出產生變化以指示被測物被檢測到。通過脈沖計數，對速度進量。由于電機的收線輪直徑較小，將傳感器安在電機上容易產生測量誤差，將傳感器安在滑輪上可以減少收線引起的誤差。方案三：采用多圈電位器式傳感器間接測量方式。通過杠桿機構將線位移轉化為電阻值的變化，再根據電阻與速度之間的關系實現速度的檢測。以上三種方案都是比較可行的

18、方案。尤其是霍爾元件，應用得很廣泛。方案一和方案二的精度都會有一定的限制。要達到本設計的要求會給制作帶來難度；鑒于此情況選選擇多圈電位器更好，遠遠滿足本設計的精度要求。3.5尋跡模塊探測板上黑線的大致原理是：光線照射到板面并反射，由于黑線和白紙的反射系數不同，可根據接受到的反射光強弱判斷是否偏離黑線。方案一：采用熱探測器。由于溫度變化是因為吸收熱能輻射能量引起的，與吸收紅外輻射的波長沒有關系，即對紅外輻射吸收沒有波長的選擇，因此受外界比較大。方案二：使用發光二極管和光敏三極管組合。這種方案的缺點在于其他環境的光源會對光敏二極管產生很大的干擾。方案三：使用紅外反射式傳感器進行檢測。通過對比，這次

19、設計中由于是近距離探測，故采用方案三來完成。由于紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小。同時紅外線系統還具有以下優點：尺寸小、質量輕，便于安裝。反射式光電檢測器就是其中的一種器件，它具有體積小、靈敏度高、線性好等特點，電路簡單，安裝起來方便，電源要求不高。用它作為近距離傳感器是最理想的，電路設計簡單、性能穩定可靠。第 4 章系統硬件設計4.1系統電路連接及硬件資源分配本系統電路連接及硬件資源分配見圖 4.1 所示。采用 AT89S51 單片機作為核心器件，多圈電位器為懸掛物置件，通過 ADC0832 轉換位數字信號送入單片機處理，L298 作為直流電機的驅動模塊，以 MAX7219 驅動

20、的 LED 顯示和 44 鍵盤作為人機接口。4.2 尋軌跡控制策略根據題目的要求，懸掛物沿曲線運動的軌跡分為兩段，連續段和間斷段。可采用 4 個光電傳感器 TCRT5000 作為檢測元件，其放置方式如圖 4.2 所示。尋找黑線策略，采用模糊尋找的方式，首先物體從坐標（0，8）運行到坐標（80，8），檢測這之間有無黑線，如無，則從坐標（80，16）運行到坐標（0，16），再檢測這之間有無黑線，則從坐標（0，12）運行到（80，12），檢測，如果沒有檢測到黑線，再進一步縮小范圍從（80，14）運行到（80，14）；如果檢測到黑線，再進一步縮小范圍從（80，10）運行到（80，10），當檢測到黑線時

21、就停下，此處將是黑線起點；如果沒有檢測到黑線則返回從（80，12）運行到（0，12）檢測到的黑線即為黑線起點。以同樣的運行檢測方式即可尋找出黑線的起點。在連續段尋跡時，通過判斷四個傳感器的 16 種組合狀態，使電機作出相應的伸縮動作。當軌跡為間斷線時，電機拉動傳感器在大角度方向內位移，直到在某一方向檢測到新的黑線為止。然后再調用連續段的尋跡程序。4.3 系統各模塊單元電路設計4.3.1 電源部分電路設計本系統中使用了直流 12V 電機，其額定工作電壓為 12V，而單片機額定工作電壓為5V，所以電路中采用了7805 和7812 作為穩壓模塊，其最大輸出電流為1.5A，滿足系統電機驅動電流的要求，

22、其電路如圖 4.3.1 所示。4.3.2 電機控制模塊設計物體運動的軌跡由電機的轉速和轉向決定，電機的轉速和轉向的控制是通過多圈電位器對滑輪所轉的圈速進行檢測，同時通過另一個計數器對時間進 量，結合兩個計數器的值，由單片機計算出電機的速度，而物體運動的軌跡的里程由滑輪的周長和所轉的圈數來計算。本系統由單片機直接產生 信號，當單片機接受到相應的檢測信號時，單片機轉到中斷口處理信息， 信號處于停發狀態。將單片機產生的 信號經光電 器耦合后，控制 L298 驅動 來控制電 的正反轉、啟動、制動。原理圖如 4.3.2 所示。單片機將P1.2、P1.5 作為輸出控制使能端,P1.2、P1.6 作為電機一

23、的控制端,P1.3、 P1.5 作為電機二的控制端。L298 的兩個控制端（C、D）的工作情況由表 4.3.1 列出（Ven 為使能端）。表 4.3.1 L298 控制表輸入功能Ven=HC=H;D=L正轉C=L;D=H反轉C=D制動4.3.3 電機速度設計上面在方案論證中已經提出電機速度的是通過檢測滑輪上的轉速來得到電機的速度。如圖 4.3.3 所示，速度系統中使用多圈電位器即圖中 W1、W2 進行檢測，然后通過 ADC0832 進行轉換。ADC0832 是一個 8 位雙通道 A/D轉換器件。選用的多圈電位器為 10 圈、47K，動滑輪直徑為 5cm，則旋轉一圈的線長為：L=5由 ADC08

24、32 的分辨率得出，到最小線位移為：8l=L/2當電機開始運行時，拖動滑輪轉動，多圈電位器和滑輪同步轉動，從而改變多圈電位器的輸出電壓，A/D 轉換器將多圈電位器的輸出電壓轉換成數字信號送給單片機處理，從而實現對滑輪運轉情況精確 。/20138885_d.htmlVen=LC=D=停止4.3.4尋跡部分電路設計根據設計任務，懸掛物體要沿著黑線運行，采用反射式光電傳感器進行探測。光電傳感器的硬件設計如圖 4.3.4 所示。電壓比較器 LM393 的同相輸入in 拉低，輸出為低電平。當檢測到黑線時，接收管截止，同相輸入in 為高，比較器輸出為。本系統中四個傳感器的 OUT 分別連接 P1.0P1.

25、3。4.3.5 顯示模塊設計顯示部分電路由 MAX7219、數碼管組成。采用 6 個 LED 管進行X 軸坐標顯示、Y軸坐標顯示。其電路圖如 4.3.5 所示。4.3.6 鍵盤模塊電路設計圖 4.3.6 44 鍵盤電路原理圖根據設計需求，本系統中使用了標準的 44 鍵盤，其電路原理圖如圖 4.3.6所示。圖中 C1C4 為 44 鍵盤的列信號，L1L4 為 44 鍵盤的行信號。在本系統中，用 P0.0P0.3 連接鍵盤的列信號 C4C1；用 P0.4P0.7 連接鍵盤的行信號 L4L1。在本系統中，S1S3、S5S7、S9S11、S13 為數字鍵，如圖 2.8，S4、S8、 S12、S14S1

26、6 為功能鍵，S2、S5、S7、S10 為雙功能鍵。主要功能如圖 4.3.7所示。123方式方式 5：尋跡，首先讓物體運行在軌跡起點，按下啟動鍵開始尋跡。圖 4.3.9 所示，表示了幾種方式的操作。認后，再按啟動鍵運行。方式 4：定點運動，首先利用數字鍵設置一個坐標點的X、Y 值進行確方式 2：作自行設定的運動。方式 3：畫圓，首先利用數字鍵設置圓半徑進行確認后，再按啟動鍵運行。方式 1：歸位，讓物體自行回到原點。圖 4.3.744 鍵盤功能圖設置鍵：手動對位或任意設定坐標點參數鍵，按下后用上、下、左、右鍵可進行手動對位控制，然后按確認鍵確認，圖 4.示。方式鍵：首先按下方式鍵，然后按數字鍵再

27、確認，方式有以下幾種：456X789Y0設置啟動確認啟動鍵：用于所選運行方式的開始運行控制鍵。確認鍵：用于設置、X 、Y、方式輸入值的確定。第 5 章部分設計5.1 理論分析與計算5.1.1 位移/數據轉換方法首先初始 A/D 轉換出來的數據，再使電機 1 工作，電機 2 停止，使電機拖動一載體移位 100cm，再下此期間所變化的 A/D 轉換出的數據，由此則直流電機拉動載移 1mm 所需的數據,因此，直接可將拉線的位移轉化為單片機檢測 A/D 轉換出來的數值。A/D 轉換的數值決定位移。5.1.2 點到點運動算法結合圖 5.1 說明，假設 E（x0,y0）,F(x1,y1)為給定平面范圍上的

28、任意兩點，作輔助線（圖中虛線部分），在直角三角形ABE 中a02=(x0+15)2+(115-y0)2（5.1）在直角三角形CDE 中:b02=(95-x0)2+(115-y0)2（5.2）同理對于F 點，兩拉線長分別為：a12=(x1+15)2+(115-y1)2（5.3）b12=(95-x1)2+(115-y1)2（5.4）因此當懸掛物從E 點運動到 F 點時：電機 1 的收放線長度為c（當 c0 時，電機反轉（或拉線收縮）c=a0-a1（5.5）電機 2 的收放線長度為d（當 d0 時，電機正轉（或拉線伸長）d=d0-d1（5.6）根據c，d 的正負分別確定電機 1，電機 2 的正反轉向

29、。設繩索位移 1mmAD變化值為P，而根據c，d 的絕對值來確定電位器 1，電位器 2 所要變化的值：電位器 1 所分配的數值：m=|c|*p（5.7）電位器 2 所分配的數值：n=|d|*p（5.8）5.1.3 誤差補償為了使運動軌跡更加平滑，采用脈沖寬度調制技術控制直流電機驅動L298，以實現對電機的轉速工作狀態進行快速而準確的控制，設電機 1 所運行的線值為n,電機 2 所運行的線值為m，則輸出到電機 1 和電機 2 的定時器初值比例為 n/m，這樣可使電機 1 和電機 2 同步到達目標點。在點到點運行中，假設電機2 的定時器初值為t，則電機 1 的定時器初始為 n/m*t，該算法可能會

30、造成電機所運行的路徑為一條曲線，可以讓單片機不斷計算當前點到目標點的距離，不斷改變定時器初值，也可以將直線分成幾個線段來運行，使得所運行軌跡精度更高，直線更平滑。5.1.4 數學模型本設計要求懸掛物能夠畫一個圓，采用微分曲線直線近法。首先將圓周等分為N 份，將每小份弧線段等效為直線段畫出，N 越大，曲線就光滑。設所畫圓的圓心坐標為（x0,y0）半徑為固定的 25cm，（x,y）為圓周上的任意一點，由此確定圓的方程為：222(x*x ) +(y-y ) =25（5.9）00若直接使用該方程來求圓上點的坐標，算法比較復雜，采用了圓的參數方程：X=x0+25s（5.10）Y=y0+25cost（5.

31、11）(x0,y0)為圓心坐標這樣，則圓的坐標僅與參數 t 有關，因此，使角度 t 以某一設定的角度步長v 累加，使 t+q*v 在周期t,t+2內變化，其中 q 為累加值。這樣就可以采樣到圓上均勻的點，顯然，角度步長 v 越小，在圓周上取得點越多，控制也會更精確。5.2 程序流程5.2.1 主流程圖本系統設計采用匯編語言與C 語言交叉使用，為達到題目要求的控制精度和響應時間，針對各項功能設計相應的巧妙算法，采用了匯編語言與 C 語言交叉使用。系統主程序流程圖如圖.2 所示：程序開始后，首先要對尋跡的光電檢測口、MAX7219、電機驅動模塊進行初始化，然后判斷設置鍵或方式鍵是否有按下，以執行設

32、置或幾種方式的程序。5.2.2 定點運動子程序單片機從鍵盤讀入功能鍵和起始坐標值（X0，Y0），將（X0，Y0）帶入式 5-1 和式5-2 中計算出 a0 和 b0。再從鍵盤讀入終點坐標值（X1，Y1），也將其帶入式 5-3和式 5-4 中計算出a1 和 b1，程序流程圖如 5.3 所示。圖.2 主程序流程圖圖 5.3定點運動子程序流程圖5.2.3 畫圓子程序根據圓的參數方程的計算圓上點的坐標，通過調用定點程序來實現，畫圓程序流程圖如圖 5.4 所示。5.2.4 尋跡子程序尋跡示意圖如圖 5.5 示，通過判斷傳感器的不同狀態值，作出相應的處理動作，當遇到斷點時，多角度檢測下段的黑線，直到再次檢

33、測到黑線。尋跡流程圖如圖 5.6 所示。2大學生電子設計競賽. 第五屆大學生電子設計競賽獲獎作品選編(2001).理工大學, 2003.013. 傳感器與檢測技術. 高等教育,2002.024. 單片機電路設計M.：電子工業, 2003.01第六章 結束語本系統主要以單片機（AT89S51）為主要控制、計算。采用了 L298 驅動和技術實現電機控制。在設計過程中，力求硬件電路簡單，充分發揮設計的優勢，編程靈活方便來滿足系統的要求。在檢測部分，選擇了雙滑輪來解決打滑問題。還可利用上位機 （例如組態王 ）進行實時模擬顯示和控制。由于沒有器材，所以未能完成實物制作，考慮到無實物此部分的發揮效果得不到

34、展示，所以放棄了上位機 的擴展。但從理論上基本上完成了題目中所有的基本要求和發揮部分。致 謝次此能順利完成畢業設計，除了我自身的努力以外，更少不了老師和同學的幫助與指導。為此，在這里我要對那些予以我幫助的每一位老師和同學表示衷心的感謝。此外，還要特別感謝對我予以指導的指導老師 老師，在整個畢業設計過程中，由于有他的耐心仔細的指導，在他繁忙的工作之余，還能抽出時間來指導 設計，并對我設計中的每一個環節，每一個步驟和方案設計都做了一一的講解、糾正和補充，在此對他表示衷心的感謝！由于知識水平有限，在設計過程中難免有所出錯，所以，希望各位老師、同學或讀者能對 設計 中的缺陷和 予以指正。參考文獻1 潘

35、新民. 單片微型計算機實用系統設計. 人民郵電, 1992.072005.017. 運動控制系統M.：高等教育，2004.07. 單片機原理及應用. 電子科技大學，2004.08. 51 系列單片機輸出的兩種方法.Atmel. AT89S51. hNational Semiconductor. ADC0832. h12 ST. L298N. h/附錄一元件明細表略.附錄二 電路原理圖略.附錄三 PCB 板圖略.附錄四 系統源程序略.6 孫育才. ATMEL 新型 AT89S51 系列單片機及其應用.，航天大學，1990.015. MCS-51 系列單片機應用系統設計系統配置與接術.航空基于雙單

36、片機的懸掛物體尋跡控制系統提交者 耕牛 在 2008-4-15 16:01:55上一篇 下一篇和命令的相互通信，實現協調控制以廈懸掛物體尋跡控制功能。表明，該系統運動速度快、尋跡偏差小。懸掛物體雙單片機軌跡歷屆電子設計競賽的題目可以分為電源類、信號源類無線電類、放大器類、儀器儀表類、與處理類和自動控制類，在 2005 年大學生電子設計競賽中，懸掛物體控制系統就是一道典型的自動控制類賽題。本文著鶯介紹一種基于雙單片機的懸掛物體沿板上標出的任意曲線運動的控制系統方案。1 系統設計要求和設計思路題目要求控制物體沿板上標出的任意曲線運動，如圖 1 所示。曲線在測試時現場標出，線寬 15cm18cm。總

37、長度約 50cm，顏色為黑色；曲線的前一部分是連續的，長約片機的尋跡檢測模塊和懸掛物體運動控制模塊組成，通過無線通信模塊進行數據摘要 設計一種基于雙單片機的懸掛物體尋跡控制系統。系統由具有獨立單溫馨提示:30cm；后一部分是兩段總長約 20cm 的間斷線段，間斷距離不大于 1cm；沿連續曲線運動限定在 200s 內完成，沿間斷曲線運動限定在 300s 內完成。根據題目的要求，系統主要實現黑線和斷點檢測、懸掛物體運動控制等功能。為了說明系統可以實現任意曲線、任意方向的尋跡，以圓形軌跡作為尋跡對象。尋跡原理如圖 2 所示。懸掛物體初始點A 的坐標由鍵盤輸入，初始時刻安裝紅外探頭，由微型步進電機控制

38、的搖臂處于水平位置。系統啟動后，微型步進電機驅動搖臂順時針旋轉，最大轉角為180。紅外探頭的運動軌跡與黑色圓弧會有一個交點 B，并步進電機轉動的角度。通過系統起始點A 的坐標和步進電機轉動的角度，可求得運動控制下一點 B 的坐標。求得B 點坐標后，控制懸掛物體向該點作直線運動，同時搖臂作逆時針旋轉 90，以保證下一個檢測交點在其 180搜索范圍內。若搖臂旋轉 180，仍沒有交點，則認為曲線在此處有斷點，系統控制懸掛物體按原方向繼續前進一個步長，再次進行掃描，以求得下一個檢測點的位置。若懸掛物體偏離軌跡，如圖 2 中C 點的位置，系統也可通過下一個點的檢測讓懸掛物體自動回復到軌跡點，因此，本方法

39、可有效糾正軌跡偏差，實現尋跡控制的能力。2 系統方案設計懸掛物體運動控制系統的基本方案方框圖如圖 3 所示，系統主要由控制模塊、黑線檢測模塊和通信模塊組成。其中，控制模塊由 ATmegal28L 單片機最小系統l、鍵盤輸入電路、液晶顯示電路和步進電機驅動電路組成；檢測模塊由 ATmegal28L 單片機最小系統 2、紅外線反射電路和微步進電機驅動電路組成。黑線檢測模塊中的單片機系統控制微型步進電機，帶動裝有紅外探頭的搖臂巡回擺動，檢測板上的黑線，得出微型步進電機的轉動角度。角度數據經過編碼后，通過無線傳輸模塊發送給控制模塊單片機系統。控制模塊中的單片機系統接收到角度數據后，進行數據校驗。若數據準確，則通過控制步進電機驅動電路控制懸掛物體從當前坐標沿轉動角度移動固定距離，然后，向檢測模塊發出下一輪檢測命令；若數據傳輸有誤，則向檢測模塊發出數據重發命令，等待下一輪角度數據接收。3 硬件設計3.1 ATmegal28L 單片機最小系統單片機是整個懸掛物體運動控制系統的，控制系統所有電路。本系統采用Atmel 公司的 ATmegal28L 單片機，有如下特點：工作電壓為 2755V，可承受的電壓波動范圍較大，可有效克服由于模塊內的微型步進電機導致的電源電壓不穩定所帶來的干擾，使系統能在一