悬挂运动控制系统设计

摘要

在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制系统的应用越来越多，在这些系统中悬挂运动部件通常是具体的执行机构，因而悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。

悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统，控制物体在80cm*100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89C52单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹的自动控制，通过多圈电位器实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。以达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动芯片L298，以实现对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制。采用红外光电传感器实现检测电机速度和画板上黑色曲线轨迹。

关键词：运动轨迹；多圈电位器；脉宽调制；红外反射光电传感器；直流电机

Design of Control System of Suspension Movement Track

Based on MCU

Abstract

In modern industrial control, medical equipment and vehicles movement system, the application of suspension movement control system more and mor e, hanging in the moving parts in these systems are usually specific execu tive mechanism, thus the motion accuracy of suspension components is a maj

or determinant of the whole system performance, and in practice to realize

accurate control of suspension movement control system is very difficult.

By changing suspension rope length of the controlled system to control th

e movement trajectory o

f the controlled suspension control system, and in production control and other fields have a wide range of applications, but

the restriction of the technology, used also to have certain restriction.

Hang trajectory control system is a motor control system, object make linear, circle, searching locus and etc locomotion within the range of the 80cm×100cm, while movement system can display the coordinate of the object. Adopt AT89S51 MCU as the main part to realize the automatic control of the object motion locus in this design, system using multiturn potentiometer to measure the position of object, and introduces local closed-loop feedback control system link to correct error, in that case system can improve the accuracy of control and orientation. In this design system also adopt PWM technique control DC motor drive chip L298 to realize the accurate control of motor rotation speed, rotation direction, Start, Stop and etc operating position. System adopt infrared photosensor measure motor rotation speed and drawing locus by black curve on the palette.

KEY WORDS:Sport trajectory；Loopy potentiometer；PWM；Infrared photosensor；DC Motor

目录

第一章绪论 (1)

1.1论文选题背景及研究意义 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.3论文研究的主要内容 (2)

第二章方案论证 (4)

2.1 系统设计要求 (4)

2.2 系统方案论证 (5)

2.2.1电源部分方案论证 (5)

2.2.2电机选择论证 (6)

2.2.3驱动及调速方案论证 (6)

2.2.4电机控制模块方案论证 (6)

2.2.5电机速度采集模块方案论证 (7)

2.2.6寻迹部分方案论证 (7)

2.2.7显示及键盘模块方案论证 (8)

2.2.8控制方式论证 (8)

第三章硬件电路设计 (9)

3.1硬件系统整体结构简介 (9)

3.2电源部分电路设计 (10)

3.2.1 7805芯片介绍 (10)

3.2.2 电源部分电路 (11)

3.3电机控制模块设计 (12)

3.3.1 L298N芯片介绍 (12)

3.3.2 电机驱动模块设计 (13)

3.4电机速度采集设计 (14)

3.4.1 ADC0832介绍 (14)

3.4.2电机速度采集电路 (15)

3.5 寻迹部分电路设计 (16)

3.5.1寻轨迹控制策略 (16)

3.5.2 寻迹模块电路 (16)

3.6显示模块设计 (17)

3.6.1 MAX7219介绍 (17)

3.6.2 显示模块电路 (17)

3.7键盘模块电路设计 (18)

3.8 主控制器模块设计 (20)

3.8.1 AT89C52介绍 (20)

3.8.2 单片机最小系统 (23)

第四章软件部分设计 (25)

4.1 理论分析与计算 (25)

4.1.1 位移/数据转换方法 (25)

4.1.2 点到点运动核心算法 (25)

4.1.3误差补偿 (26)

4.1.4 画圆数学模型 (26)

4.2 程序流程图 (27)

4.2.1主流程图 (27)

4.2.2定点运动子程序 (27)

4.2.3 画圆子程序 (28)

4.2.4寻迹子程序 (29)

第五章总结 (31)

致谢 (33)

参考文献 (34)

附录一程序清单 (36)

附录二硬件原理图 (50)

第一章绪论

1.1论文选题背景及研究意义

运动控制是自动化技术的重要组成部分，是机器人等高技术领域的技术基础，已取得了广泛的工程应用。运动控制集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术等内容。自二十世纪八十年代初期，运动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时运动控制器在我国的应用规模和行业面很小，国内也没有厂商开发出通用的运动控制器产品。

在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制系统的应用越来越多，在这些系统中悬挂运动部件通常是具体的执行机构，因而悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。

采用FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，并且可利用EDA软件进行仿真和调试。FPGA采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。本设计中，FPGA的高速处理能力得不到充分发挥。所以在本次设计中，主要是以单片机作为控制核心。

在本设计的基础上还可拓展设计成基于三线悬挂结构的运动控制装置。所谓三线悬挂是指，将三根缆线系于一点并悬挂重物，且三根缆线分别挂在三个固定滑轮上，其长度由电机驱动的三个绕线电机分别控制，从而控制悬挂重物在三维空间中的位置。其中原理和悬挂轨迹控制系统一样的。

本课题的研究意义在于，悬挂运动控制系统广泛应用于工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，有较大的实际应用价值。另外，我国电动机装机容量约为4亿多千瓦，其用电量占当年全国发电量的百分之六十到七十。面对能源紧张的现状，研究本课题从而进一步深入了解悬挂运动控制系统有利于我们合理、经济、有效地利用电能资源。

1.2国内外研究现状

十九世纪八十年代以前，在运动控制系统领域中只有直流电气传动；十九世纪末，由于出现了交流电机（鼠笼式异步交流电机）开始逐步使用交流电气传动；二十世纪

三十年代起，形成了直流调速，交流不调速的格局；二十世纪后期，交流调速兴起，运动控制系统进入了一个全新的时代。

运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推新的产业革命关键技术。运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器，发展到了基于PC总线和以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。

基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。高速，高精度始终是运动控制技术追求的目标。

充分利用DSP的计算能力，进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳；充分利用DSP和FPGA技术，使系统结构更加开放，根据用户的应用要求进行客制化的重组，设计出个性化的运动控制器将成为市场应用的两大方向。

目前运动控制器从结构上主要分三大类：

（1）基于计算机标准总线的运动控制器；

（2）Soft型开放式运动控制器，它提供给用户最大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口；

（3）嵌入式结构运动控制器，这种运动控制器是把计算机嵌入到运动控制器中的一种产品，它能够独立运行。

国外：运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支，在二十世纪九十年代，国际上的发达国家已经进入了快速发展阶段。由于有强劲的市场需求推动，运动控制技术发展迅速并且应用广泛。

国内：我国在运动控制器开发方面相对落后，“八五”期间，我国广大科研工作者也成功地开发了两种数控平台和“华中Ⅰ型”、“蓝天Ⅰ型”、“航天Ⅰ型”、“中华Ⅰ型”等四种基本系统。但从整体来说这些系统是数控系统，不属于独立的开放式运动控制器产品。

1.3论文研究的主要内容

本文研究的悬挂运动控制系统是一电机控制系统, 集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术等。本系统设计中以单片机为控制核心，由直流电机、驱动电路为执行设备，结合电源模块、4*4键盘及LED显示屏等构成的悬挂运动控制系统。

本文算法设计针对线段轨迹的运动的特点，由物块的位移量折算成多圈电位器转动圈数，通过单片机运算确定物块位置进而控制电机拖动物块运动。针对圆周运动，

采用微分曲线直线逼近法的方式。首先运算出圆周上各点，再调用定点运动子程序进行执行。

论文详尽论述了系统的方案选择及设计、硬件电路设计及运动轨迹的控制算法的论证与选择。通过所需运动轨迹曲线的参数方程，建立运动控制模型，按照算法对两组驱动步进电机进行控制，实现了悬挂物体在给定的范围内的定点运动、圆心可任意设定的圆周运动等功能，以及完成了实现通过人机界面对物体所作运动进行设定，通过液晶显示屏实时显示画笔所在的坐标值等发挥要求。

第二章方案论证

2.1 系统设计要求

设计一个电机控制系统，控制物体在倾斜的板上运动（仰角≤100度）。

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，物体形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色的画笔，以便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，示意图如下：

图2.1 实物示意图

基本要求：

（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；

（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，物体运动时能在板上画出轨迹，限时300秒；

（3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限时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（两点间直线距离不小于40cm）

扩展要求:

（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；

（2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm-1.8cm，总长度约为50cm，颜色为黑色，曲线的前一部分是连续的，长约30cm，后一部分是两段不连续的，总长约20cm，间断距离不大于1cm，物体沿连续曲线运动

时间在200s以内，沿不连续曲线运动时间在300s以内。

2.2 系统方案论证

方案一：以DSP作为悬挂运动控制系统的检测和控制核心。采用步进电机作为执行机构,高速光隔器件、MOSFET器件等作为步进电机的控制器件,利用DSP强大的软、硬件资源,实现了控制物体在80cm × 100cm 的范围自行设定的线段及圆弧轨迹的运动。

方案二：采用以FPGA为控制核心，驱动步进电机来控制物体完成基本绘图和寻迹功能，并能根据键盘输入的任意设定坐标值使悬挂物体达到对应的位置。使用该系统通过采用坐标系统和细分控制方法的算法实现物体的运动控制和精确定位，并能通过优化软件算法提高运动的精确度。

方案三：采用单片机作为数据处理及控制的核心,经过驱动电路与直流电机A和电机B联接,对被控物体作出控制,光电检测用来检测被控物块的运动轨迹与预定轨迹的偏差, 再反馈给单片机, 再由单片机发出调整控制指令。

根据掌握知识及实际考虑，选择方案三。系统总体框图如图2.1所示。

图2.2系统整体框图

2.2.1电源部分方案论证

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。

2.2.2电机选择论证

方案一：采用直流电机。直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在调速方便（可无级调速）、调速范围宽、低速性能好（起动转矩大、起动电流小）、运行平稳、噪音低、效率高等方面。

方案二：采用步进电机。步进电机具有控制简单、定位精确、无积累误差等优点。但它在运行时噪音大、高速扭矩小、启动频率低、价格较高。

基于上述比较，为了方便地对电机进行无级调速，和需要电机带负载能力强的特点，这里我们采用直流电机。

2.2.3驱动及调速方案论证

方案一：采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短。

方案二：采用内集成有达林顿管组成的H型的功率变换桥电路的恒压恒流桥式2A 驱动芯片。用单片机输出PWM信号控制使之工作在占空比可调的开关状态，通过程序调节占空比精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。

方案三：采用DSP芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路，通过数控电压源调节电机运行速度，实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。但系统软硬件复杂、成本高。

基于上述理论分析和实际情况，拟定选择方案二。

2.2.4电机控制模块方案论证

对于电机控制器的选择有以下两种方案。

方案一：采用FPGA为系统电机控制器，FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能控制。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。通过输入模块将参数输入给FPGA，FPGA通过程序设计控制步进电机运动，但是由于本设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊

接的工作。

方案二：采用89C52作为系统控制的方案。单片机算术运算功能较强，软件编程灵活、自由度大，可利用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域应用广泛。并且，由于芯片引脚少，在硬件很容易实现。因此，在本设计中采用89C52处理输入的数据并控制电机运动。

综合上述两种方案，方案二较为简单，并且可以满足设计要求。

2.2.5电机速度采集模块方案论证

方案一：采用霍尔集成片。该器件的内部由三片霍尔金属板组成，当磁铁正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在电机上安装磁片，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。

方案二：采用对射式光电传感器。其检测方式为：发射器和接受器相互对射安装，发射器的光直接对准接受器，当测物挡住光束时，传感器输出产生变化以指示被测物被检测到。通过脉冲计数，对速度进行测量。由于电机的收线轮直径较小，将传感器安在电机上容易产生测量误差，将传感器安在滑轮上可以减少收线引起的误差。

方案三：采用多圈电位器式传感器间接测量方式。通过杠杆机构将线位移转化为电阻值的变化，再根据电阻与速度之间的关系实现速度的检测。

以上三种方案都比较可行。尤其是霍尔元件，应用很广泛。方案一和方案二的精度都会有一定限制。要达到本设计的要求会给制作带来难度；鉴于此种情况应选择多圈电位器更好，远远满足本设计的精度要求。

2.2.6寻迹部分方案论证

探测板上黑线的大致原理是：光线照射到板面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接受到的反射光强弱判断是否偏离黑线。

方案一：采用热探测器。由于温度变化是因为吸收热能辐射能量引起的，与吸收红外辐射的波长没有关系，即对红外辐射吸收没有波长的选择，因此受外界环境影响比较大。

方案二：使用发光二极管和光敏三极管组合。这种方案的缺点在于其他环境的光源会对光敏二极管产生很大的干扰。

方案三：使用红外反射式一体化传感器进行检测。

通过对比，这次设计中由于是近距离探测，故采用方案三来完成数据采集。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外线系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，便于安装。反射式光电检测器就是其中的一种器件，它具有体积小、灵敏度高、线性好等特点，外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高。用它作为近距离传感器是最理想的，电路设计简单、性能稳定可靠。

2.2.7显示及键盘模块方案论证

2.2.7.1 显示模块方案论证

方案一：采用数码管显示，数码管具有低能耗，耐老化和精度比较高等优点，但数码管与单片机连接时，需要外接锁存器进行数据锁存，使用三极管进行驱动等，电路连接相对比较复杂。此外，数码管只能显示少数的几个字符，显示的内容较少，基本上无法显示汉字。

方案二：采用LCD进行显示。液晶显示屏（LCD）具有功耗低，无辐射危险、平面直角显示以及影象稳定，可视面积大，画面效果好，既可显示图形，也可显示汉字，分辨率高，抗干扰能力强，显示内容多等特点．此外，LED与单片机可直接相连，电路设计及连接简单。

本设计不需要显示汉字，且考虑到成本问题，选择方案一。采用4×4键盘方式实现悬挂物体初始点坐标输入和控制命令输入。显示部分电路由MAX7219、数码管组成。采用6个LED管进行X轴坐标显示、Y轴坐标显示。

2.2.7.2 键盘模块方案选择

方案一：通过使用触摸屏，确定坐标点参数。触摸屏可以形象显示坐标点位置，工作稳定。但由于只需输入两个字节的坐标点参数，信息量比较少，且是以点阵的模式处理数据，需要利用控制芯片创建坐标点库，编程工作量大，其成本也偏高。

方案二：使用通用可编程键盘。键盘编程容易，可实现对键盘的自动扫描，识别闭合键的键号，可以节省单片机处理键盘的时间，提高单片机的工作效率。

根据以上论述，采用方案二，在系统中使用4*4键盘。

2.2.8控制方式论证

方案一：采用开环控制。这种方案的缺点在于不能及时得到被控物体的准确坐标，无法精确地完成系统要求运动。

方案二：采用闭环控制。这种系统能够完整地反馈被控物体的坐标及执行机构运行状况，使控制器对其有较完善地控制。受外界干扰也能迅速矫正。

根据系统要求，通过对比。方案二能准确地完成题目指标，选择方案二。

第三章硬件电路设计

3.1硬件系统整体结构简介

根据系统设计要求，以及对系统整体乃至各个部分的方案论证得到：

本系统是以单片机作为主控制器，通过控制两台直流电动机的运动，从而实现对被控物体运动轨迹的控制。由寻迹部分来检测被控物体运动轨迹的偏差，反馈给主控制器。再由单片机经过运算，发出调整控制指令。

设计采用7805和7812分别作为两个直流电源的稳压芯片；以L298N驱动芯片驱动直流电机带动物体转动；用两个多圈电位器来实现电机速度采集。寻迹模块采用4个反射式光电传感器进行探测。显示模块采用了7219芯片来驱动六个LED八位数码管来显示物块所在的X坐标和Y坐标。键盘模块采用了4*4键盘。

系统总体框图如图3.1所示

图3.1系统整体框图

寻找黑线策略，采用模糊寻找的方式，首先物体从坐标（0，8）运行到坐标（80，8），检测这之间有无黑线，如无，则从坐标（80，16）运行到坐标（0，16），再检测这之间有无黑线，如有，则从坐标（0，12）运行到（80，12），检测，如果没有检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，14）运行到（80，14）；如果检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，10）运行到（80，10），当检测到黑线时就停下，此处将是黑线起

点；如果没有检测到黑线则返回从（80，12）运行到（0，12）检测到的黑线即为黑线起点。以同样的运行检测方式即可寻找出黑线的起点。

在连续段寻迹时，通过判断四个传感器的16种组合状态，使电机作出相应的伸缩动作。当轨迹为间断线时，电机拉动传感器在大角度方向内位移，直到在某一方向检测到新的黑线为止。然后再调用连续段的寻迹程序。

系统硬件电路连接及资源分配如图3.2所示。

图3.2 系统硬件电路连接及资源分配

3.2电源部分电路设计

3.2.1 7805芯片介绍

H7805系列为3端正稳压电路,TO-220封装 能提供多种固定的输出电压 应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时 输出电流可达1A。虽然是固定稳压电路 但使用外接元件 可获得不同的电压和电流。

主要特点：

1输出电流可达1A

2输出电压有5V

3过热保护

4短路保护

5输出晶体管SOA保护

极限值：

VI——输入电压(VO=5~18V)——35V

RθJC——热阻（结到壳）——5℃/W

RθJA——热阻（结到空气）——65℃/W

TOPR——工作结温范围—— 0~125℃

TSTG——贮存温度范围—— -65~15℃

3.2.2 电源部分电路

本系统中采用双电源供电。将电机电源（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。

由于使用了直流12V电机，其额定工作电压为12V，而单片机额定工作电压为5V，所以电路中采用了7805和7812作为稳压模块，其最大输出电流为1.5A，满足系统电机驱动电流的要求，其电路如图3.3所示。

图3.3 电源部分电路

3.3电机控制模块设计

3.3.1 L298N芯片介绍

L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制直流电机，并可以实现电机正转与反转。

本模块具有体积小，控制方便的特点。

使用说明：

EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源地为GND。步进电机控制逻辑如下所示，其中A、B、C、D 为步进电机的四个线圈，为1 表示有电流通过，为0 表示没有电流流过。各点状态如表3.1所示，线圈连线图如图3.4所示（以四相步进电机为例）。

表3.1 管脚状态

图3.4 线圈连线图

3.3.2 电机驱动模块设计

物体运动的轨迹由电机的转速和转向决定，电机的转速和转向的控制是通过多圈电位器对滑轮所转的圈速进行检测，同时通过另一个计数器对时间进行测量，结合两个计数器的值，由单片机计算出电机的速度，而物体运动的轨迹的里程由滑轮的周长和所转的圈数来计算。

本系统由单片机直接产生PWM信号，当单片机接受到相应的检测信号时，单片机转到中断口处理信息，PWM信号处于停发状态。将单片机产生的PWM信号经光电隔离器耦合后，控制L298驱动芯片来控制电动机的正反转、启动、制动。原理图如3.5所示。

单片机将P1.2、P1.5作为输出控制使能端,P1.0、P1.1作为电机一的控制端,P1.3、P1.4作为电机二的控制端。L298的两个控制端（C、D）的工作情况由表3.2列出（Ven 为使能端）。

输入功能

V en=H C=H;D=L 正转C=L;D=H 反转C=D 制动

V en=L

C=×

D=×

停止

图3.5 电机驱动电路

3.4电机速度采集设计

3.4.1 ADC0832介绍

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。

ADC0832主要特点：

1、8位分辨率；

2、双通道A/D转换

3、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；

4、5V电源供电时输入电压在0~5V之间；

5、工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；

6、一般功耗仅为15mW；

7、8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；

8、商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C；

3.4.2电机速度采集电路

在方案论证中已经确定本设计电机速度采集是通过多圈电位器检测转速来得到电机的速度。如图3.6所示，速度采集系统中使用多圈电位器即图中W1、W2进行检测，然后通过ADC0832进行转换。ADC0832是一个8位双通道A/D转换器件。选用的多圈电位器为10圈、47KΩ，动滑轮直径为5cm，则旋转一圈的线长为：

=

5

Lπ

由ADC0832的分辨率得出，采集到最小线位移为：

8

l L

=

/2

当电机开始运行时，拖动滑轮转动，多圈电位器和滑轮同步转动，从而改变多圈电位器的输出电压，A/D转换器将多圈电位器的输出电压转换成数字信号送给单片机处理，从而实现对滑轮运转情况精确采集。

图3.6 电机速度采集系统

3.5 寻迹部分电路设计

3.5.1寻轨迹控制策略

根据题目的要求，悬挂物沿曲线运动的轨迹分为两段，连续段和间断段。可采用4个光电一体化传感器TCRT5000作为检测元件，其放置方式如图3.7所示。

图3.7 4个光电传感器放置方式

寻找黑线策略，采用模糊寻找的方式，首先物体从坐标（0，8）运行到坐标（80，8），检测这之间有无黑线，如无，则从坐标（80，16）运行到坐标（0，16），再检测这之间有无黑线，如有，则从坐标（0，12）运行到（80，12），检测，如果没有检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，14）运行到（80，14）；如果检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，10）运行到（80，10），当检测到黑线时就停下，此处将是黑线起点；如果没有检测到黑线则返回从（80，12）运行到（0，12）检测到的黑线即为黑线起点。以同样的运行检测方式即可寻找出黑线的起点。

在连续段寻迹时，通过判断四个传感器的16种组合状态，使电机作出相应的伸缩动作。当轨迹为间断线时，电机拉动传感器在大角度方向内位移，直到在某一方向检测到新的黑线为止。然后再调用连续段的寻迹程序。

3.5.2 寻迹模块电路

根据设计任务，悬挂物体要沿着黑线运行，采用反射式光电传感器进行探测。发射部分采用红外发射管，实现检测系统信号的输出。接收部分的光敏二极管在不同的的光照强度下，电阻值会大幅改变。本设计中，我们把电路参数设置为只对黑色敏感。当检测不到黑线时，发射管发出的红外光经板面反射后被接收管接收，接收管导通，斯密特管输出低电平，当检测到黑线时，发射管发出的红外光不能被反射，斯密特管输出高电平，单片机通过检测I/O口的高低电平来判断电机的运动方向。由于是采用四个方向的同时检测，故单片机的判断能力就明显提高，缩短了检测判断时间，同时也增强了纠错能力。

光电传感器的硬件设计如图3.8所示。电压比较器LM393的同相输入Ⅴin拉低，输出为低电平。当检测到黑线时，接收管截止，同相输入Ⅴin为高，比较器输出为高电平。本系统中四个传感器的OUT分别连接P1.6、P1.7、P2.6、P2.7。

题目悬挂运动控制系统

题目一、悬挂运动控制系统 一、任务 设计一个电机控制系统，控制滑块竖板上运动。 在一个白色的底板上固定2个滑轮，2只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一个滑块在板上运动，运动范围为50cm×50cm。滑块的形状不限，质量大于100克。滑块上固定有浅色画笔，以便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, 示意图1所示。 图1 电机控制系统 二、要求 1、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数； （2）控制滑块在50cm×50cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于50cm，滑块在运动时能够在板上画出运动轨迹，限150秒内完成； （3）控制滑块作圆心可任意设定、直径为30cm的圆周运动，限200秒内完

成； （4）滑块从左下角坐标原点出发，在100秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。 2、发挥部分 （1）能够显示滑块中画笔所在位置的坐标； （2）控制滑块沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在150秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3）控制滑块在板上绘出一个数字字符，如“2”、“3”、“5”“6”、“8”、“9”等，限定在300秒内完成； （4）其他。 三、评分标准 四、说明 （1）滑块的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使滑块运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间； （2）若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分； （3）运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分； （4）在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)、（3）中，滑块开始运动前，允许手动将滑块定位；开始运动后，不能再人为干预滑块运动。

E悬挂运动控制系统(E题)

悬挂运动控制系统（E题） 一、任务 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，以便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, 示意图如下。 二、要求 1、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数； （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秒内完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成；

（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(两点间直线距离不小于40cm)。 2、发挥部分 （1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标； （2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽 1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约 30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连 续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3）其他。 三、评分标准 四、说明 1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合， 同时尽量缩短运动时间； 2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分； 3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分； 4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开 始运动后，不能再人为干预物体运动； 5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试 时自带。

悬挂运动控制系统

2015年全国大学生电子设计竞赛 论文 X题：悬挂运动控制系统 2015年8月15日

悬挂运动控制系统（E题） 摘要 本设计使用AT89S52单片机作为悬挂运动控制系统的核心，硬件电路包含液晶显示和键盘处理模块，步进电机驱动模块，黑线循迹检测模块，数据传输模块等几部分。液晶显示屏负责显示系统状态和控制命令，调试时还可以方便的显示每个红外传感器的状态；键盘接收输入的控制指令；电机驱动采用脉宽调制技术，可灵活方便地控制两个步进电机；反射式红外传感器模块在循迹时检测引导黑线；数据传输模块上的AT89C2051单片机将红外传感器状态信息通过串行口传送至AT89S52控制核心，使之能根据程序算法驱动两个步进电机带动悬挂物按要求运动并同时显示各种状态数据。 关键词：步进电机，脉宽调制，红外传感器，循迹，算法 Abstract In this design,the control kernel of this hanging movement system is based on a MCU chip AT89S52.The hole hardware circuit is composed of the following modules:LCD display and keyboard module,step motors drive module,track detecting module and data transfer module.The LCD displays system status,command and also the status of infrared sensors when debugging.The keyboard receives user’s command.The motors drive module adopts PWM technology to control motors’ status flexibly and conveniently.The reflecting infrared sensors detect black lines when tracking.The AT89C2051 on the data transfer module transfers data to AT89S52 through UART so as to make motors work properly according to program algorithm and display status data needed. Keywords: step motor，PWM，infrared sensor，tracking，algorithm

基于单片机的悬挂运动控制系统毕业设计开题报告

吉林建筑大学城建学院 毕业设计开题报告 所学专业：电气信息工程及其自动化 学生姓名： 指导教师： 论文题目：基于单片机的悬挂运动控制系统设计开题报告日期：2015.3.30

说明 1、开题报告由毕业生本人在完成文献阅读、科研调查的基础上，并通过开题报 告评议后填写。 2、本报告一式两份。一份交学院作为论文检查的依据；一份答辩后作为档案材 料归入学位档案。 3、开题报告用A4纸打印，不需标注页码。报告内容字体一律使用宋体小四， 行间距为1.25倍。

一、课题来源及研究的目的和意义 课题来源：生产 研究的目的： 科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制开始进入了人们的生活，以单片机为核心的悬挂运动自动控制系统就是其中之一。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动系统的应用越来越多，在这些系统中悬运动部件通常是具体的执行机构，因而悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。采用单片机作为系统控制器。单片机可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，并且可利用单片机软件进行仿真和调试。单片机采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。 研究的意义： 运动控制是自动化技术的重要组成部分，是机器人等高技术领域的技术基础，已取得了广泛的工程应用。运动控制集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术等内容。自二十世纪八十年代初期，运动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时运动控制器在我国的应用规模和行业面很小，国内也没有厂商开发出通用的运动控制器产品。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制系统的应用越来越多，在这些系统中悬挂运动部件通常是具体的执行机构，因此悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围。

悬挂运动控制系统(E题)设计报告之欧阳家百创编

悬挂运动控制系统（E题）设计报告 欧阳家百（2021.03.07） 摘要：本悬挂控制系统是一个电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件，采用57BYG007-4型步进电机和高细分步进电机驱动器SM-60作为动力装置，采用红外反射式光电传感器实现画板上黑色线寻迹检测，显示部分用液晶显示模块LCD1602实现。 关键词：悬挂控制、单片机、步进电机、红外反射式光电传感器 一、设计要求 1、任务 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，以便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, 示意图如下。 2、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（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秒内完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成； （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(两点间直线距离不小于40cm)。 3、发挥部分 （1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标； （2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽 1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长

悬挂运动控制系统论文

悬挂运动控制系统 【摘要】本系统采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制中心，由直流步进电机、红外收发对管、4*4键盘及中文液晶显示屏构成的悬挂运动控制系统。该系统能自由控制悬挂物体完成自行设定运动、画圆运动、沿黑线运动等，并能正确显示物体到达的坐标位置。 【关键词】SPCE061A单片机中文液晶显示屏逼近画圆算法 A Control System For Suspension Movement [Abstract]This design uses SPCE061A as the control core to build a suspension movement control system which consists of a DC step motor, infrared emitting tube, 4X4 keyboard and an LCD display screen for Chinese characters. The system can control the suspended objects to complete the movements set by itself, such as drawing the circles, moving along the black lines and doing other movements. It also can display the correct location of the coordinate where the object reaches. Key words: SPCE061A Single chip， Chinese characters LCD， Closing Algorithm for circle drawing 一、方案的选择与论证

悬挂运动控制系统设计说明

悬挂运动控制系统（E题） 摘要 本系统在嵌入式操作系统基础上，使用两块单片机协调工作，对悬挂物体的运动进行实时控制。系统通过两个步进电机的配合完成了平面任意曲线运动，通过光电传感器配合循迹算法迅速有效地完成了循迹运动。运动的精度为毫米级，过渡时间不超过1分钟。同时，使用了点阵式LCD配合PS/2鼠标等外围设备，提供了良好的交互界面。 Abstract This design bases on an embedded operating system, and uses two pieces of SCM t o take real time control of a suspender’s movement in a planar plane. The system can move in any designed way with the cooperation of two step-motors, and do a quick tracing movement because of a special arithmetic, which is based on an array of photoelect ric sensors. The position’s precision of the movement can achieve a level of millimeter, and its transition time is less than 1 minute. Meanwhile, with a LCD and a mouse which follows PS/2 protocol and other input/output devices, it can provide a friendly and humanistic man-machine conversation. 一、方案论证与比较 从控制系统的角度来看，采用闭环控制方式比采用开环控制的效果要好。但在闭环方式的控制系统中，一般都需要反馈信息。就本赛题而言，如果使用闭环方式进行控制，系统必须得到物体位置的反馈信息。 在方案论证的过程中，我们发现要取得物体位置反馈信息相当困难，采用纯粹的闭环方式控制的难度太大。同时，我们发现如果采用步进电机作为控制系统

悬挂运动控制系统(E题)

悬挂运动控制系统（2005年E题） 一、任务 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，以便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,示意图如下。 二、要求

1、基本要求： （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数； （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秒内完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成； （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(两点间直线距离不小于40cm)。 2、发挥部分 （1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标； （2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成； （3）其他。 三、评分标准 四、说明

1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间； 2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分； 3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分； 4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运动后，不能再人为干预物体运动； 5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试时自带。 电动车跷跷板（F题） 【本科组】 一、任务

07年电子设计竞赛电动车跷跷板(悬挂运动控制系统).doc

悬挂运动控制系统 摘要：悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统，控制物体在80cm×100cm 的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89S51单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹的自动控制，通过多圈电位器实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。以达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动芯片L298，以实现对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制。采用红外光电传感器实现检测电机速度和画板上黑色曲线轨迹。 关键词：运动轨迹；多圈电位器；脉冲宽度调制；红外反射光电传感；直流电机驱动 第1章引言 悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统。为满足控制需要，本系统采用AT89S51单片机作为核心器件，多圈电位器为物体位置数据采集器件，以L298驱动的直流电机为执行设备，键盘和LED显示为人机接口的结构方式。算法方面通过以微小直线为单位的策略，完成较为复杂的长直线、圆周和不确定曲线。系统软件将物体运动的坐标转化成悬绳伸缩的距离，进而计算出多圈电位器需要转动到的位置，再算出两直流电机的脉冲宽度调制（PWM）值。再通过A/D转换实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。对于系统自定的确定线型（直线和圆周），通过调整两个直流电机不同的PWM值的搭配，可以控制物体的运动方向。而对于不确定的曲线，由光电传感器得到路线信息，经过单片机的处理，给出物体运动方向的指令。 本设计的主要特点： 1、优化的软件算法，智能化的自动控制，误差补偿。 2、使用双动滑轮，有效防止滑轮与拉绳之间打滑。 3、使用多圈电位器与动滑轮同步转动，引入反馈，实现物体精确定位。 4、LED显示模块提供一个人机对话界面，并实时显示坐标及物体的运动轨迹。

悬挂运动控制系统设计方案

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/2a18111148.html, 悬挂运动控制系统设计方案 作者：胡晓梅李静 来源：《数字化用户》2013年第19期 【摘要】文章介绍了一种智能悬挂运动控制系统的设计方案，该系统采用两片凌阳16位单片机（SPCE061A）作为悬挂控制系统的控制核心，以步进电机作为执行部件，实现对悬挂物体运动的控制。系统通过键盘扫描来完成运动参数和模式的设定，通过LCD实时显示画笔所在的坐标值，以无线传输的方式实现两单片机之间的数据通讯。另外，系统还通过语音播报来显示是否完成给定任务，提供了良好的人机界面。 【关键词】SPCE061A 步进电机 设计一电机悬挂控制系统，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45cm×45cm。物体的形状不限，质量大于100克。板上标有间距为 5cm的浅色坐标线，左下角为直角坐标原点，具体要求示意图如图1。物体能做四种运动：点对点，直线，曲线（圆周），寻迹。 一、悬挂运动控制系统方案 （一）控制器模块。采用凌阳科技股份有限公司的SPCE061A单片机作为系统控制器，该单片机算术运算功能强，软件编程灵活，可用软件较简单的实现各种算法和逻辑控制，并且由于其成本低、体积小和功耗低等优点，使其在各个领域应用广泛；另外，由于本设计中会用到较多的算术运算，因此非常适合利用单片机作为控制器。 （二）电机类型选择。虽然直流电机具有良好的调速特性，带负载能力强，能承受频繁的冲击负载，而且速度快，但是直流电机的制动性差，很难实现小距离的精确控制，步进电机的准确定位和步进功能可方便而且可以实现提升、调速、定位，且具有一点的快速起停的能力；能准确的检测出速度、运行距离以及时间等参数，可简化编程和硬件连接的工作量。在本设计中，主控制器通过控制电机的步进数来实现物体运动，从而做出各种运动轨迹。 （三）电机驱动电路选择。传统的电机驱动都采用专用驱动器。若采用步进电机专用驱动器，可以为步进电机提供稳定的工作电压和工作电流。但是价格比较昂贵，且对本题来说，电机不需要带大负载，对驱动器没有过高的要求。所以考虑设计者考虑采用H桥形驱动电路。 不仅可以完成对步进电机的驱动，且电路简单，可以由设计者自行制作。电路主要由三极管8050、8550、9012、9014以及一些限流电阻组成，其中单片机I/O口分别通过光电耦合器与驱动电路相连接，增加了系统的抗干扰能力。单片机通过I/O口发出的驱动控制信号，控制步进电机的速度以及正反转，从而实现相应动作。

悬挂运动控制系统2资料

悬挂运动控制系统 摘要：本系统以单片机89C52为核心,采用了步进电机控制装置、红外寻迹传感装置来实现一个对悬挂物体运动控制系统。友好的操作界面和灵活的监控方式是本设计的两大特色,增强了系统的实用性。 关键词：步进电机；红外传感器；悬挂运动。 一、方案论证与选择 1．题目任务要求及相关指标的分析 题目的基本要求中，要求在150秒内到达设定的一个坐标点以及300秒内画圆或按照设定的轨迹运动,这要求我们对左右两个电机进行灵活、准确、快速的控制,并且有和谐的人机交换功能，才能够满足要求。因此选择合适的电机以及运用有效的算法来对电机进行控制是必需的，我们通过建立合理的数学模型，使两电机控制的绳长依照我们建立的函数关系变化，来实现悬挂物体在板上以各种方式运动。 发挥部分，要求控制物体沿板上标出的任意曲线运动，通过红外传感器寻迹，实现跟踪运动。而显示画笔的位置坐标，则可通过两段绳长变化与原点坐标之间的函数关系来计算，求出当前点的横纵坐标，并在LCD上显示出来。 2．方案的比较与选择 (1)电机的选择 方案一:直流电机 采用单片机和A/D转换构成系统，控制普通电机的步数和旋转方向，可以考虑达林管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速，减小因惯性，速度，步距角过大而引起的调整误差，达到改变绳长的要求，缺点是通过控制直流电机驱动模块将脉冲信号转化为模拟信号，需要将单片机输出的序列脉冲转换，延长了控制的时间，导致控制精度差；关键是直流电机不能即停，使直流电机不能精确定位，满足不了控制误差范围为设定值的要求。 方案二:步进电机 用单片机产生脉冲信号，脉冲信号的占空比为0.5左右，脉冲信号经过功率放大控制步进电机，控制信号为数字信号，不再需要数/模转换；步进电机的速度易于控制，具有快速启/停能力，可在一刹那间实现启动或停止；它的转动角度严格可控，一般情况步距角可以降低到 5.1以下，而采用专用驱动块，可以更加的精确。步进电机延时短，定位准确，精度高，可控制性强。这样我们就可以根据驱动脉冲总数来计算绳子所走过的路程，从而得出坐标和时间。 根据本课题技术指标要求，物体质量大于100克即可，步进电机的输出功率足以满足负载要求；同时根据题目要求运动轨迹与预期轨迹偏差不超过4cm，这对电机有精确的要求，而直流电机难以达到这一指标。综上方案的比较分析，

汽车悬架系统动力学研究

精心整理 （研究生课程论文） 汽车动力学 论文题目：汽车悬架系统动力学研究 指导老师：乔维高 学院班级： 学生姓名： 学号： 2015

汽车悬架系统动力学研究 摘要：汽车悬架类型的选择和悬架参数的差异对汽车的操纵稳定性和行驶平顺性具有重要的影响。主要分析了麦弗逊悬架的结构特点，并通过ADAMS软件建立麦弗逊悬架的3D模型,对其进行仿真分析,得出悬架参数的优化设计方法。关键词：麦弗逊悬架；ADAMS多刚体动力学；仿真分析 使驾驶者有不同的感受。看似简单的悬架系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。悬架系统起着传递车轮和车身之间的力和力矩、引导与控制汽车车轮与车身的相对运动、缓和路面传递给车身的冲击、衰减系统的振动等作用，汽车悬架系统对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性都有很大的影响[1]。通过对麦弗逊悬架的仿真提出其优化分析方法。 麦弗逊悬架系统由两大基本部分组成：支柱式减震器和三角形托臂，具有结构简单，占用空间小，非簧载质量小，且与减震器弹簧配合使用组成一个可相对运

动的结构体，可以实现车身高度和悬架刚度的自由调节。但是,由于主销轴线位置在减振器与车身连接铰链中心和横摆臂与转向节连接铰链中心的连线上,当悬架在变形时,主销轴线也随之改变,前轮定位参数和轮距也都会相应改变,且变化量可能很大。因此,如果悬架结构设计不当,就会大大影响汽车产品的使用性能[2]。 1ADAMS软件简介 ADAMS模块是美国前MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)与德国宝马(BMW)、奥迪(Audi)、法国雷诺( 的整车设计软件包。ADAMS 创建完全参数化的机械系统几何模型， 拉格朗日方程方法， 转向系、发动机、 ADAMS/Car模块中搭建汽 虚拟样机进行试验设计，进 2 由于麦弗逊悬架左右 ,系统会自动地建立另一边的模型。因此,这里建模过程只涉及到左侧悬架。 2.1物理模型的简化 麦弗逊悬架系统主要由车身1、上下摆臂2、转向横拉杆3、减震器及减震弹簧4、转向齿条5、车轮总成6和转向节带制动器总成7组成。悬架各刚体之间的连接关系为：减震器4的上端用螺栓和橡胶衬垫与车身相连接，减震器4下端固定在转向节7上，转向7通过球铰接与下摆臂连接；下摆臂一端通过两个转动铰接与

第七届(2005)悬挂运动控制系统(E题)

第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛作品 悬挂运动控制系统（E题） 毕业设计（论文）原创 摘要：悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统，控制物体在80cm×100cm的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。设计采用AT89S51单片机作为核心器件实现对物体运动轨迹的自动控制，通过多圈电位器实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。以达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动芯片L298，以实现对电机的转速、转向、启停等多种工作状态进行快速而准确的控制。采用红外光电传感器实现检测电机速度和画板上黑色曲线轨迹。 关键词：运动轨迹；多圈电位器；脉冲宽度调制；红外反射光电传感；直流电机驱动 ABSTRACT：Hang trajectory control system is a motor control system, object make linear, circle, searching locus and etc locomotion within the range of the 80cm×100cm, while movement system can display the coordinate of the object. Adopt AT89S51 MCU as the main part to realize the automatic control of the object motion locus in this design, system using multiturn potentiometer to measure the position of object, and introduces local closed-loop feedback control system link to correct error, in that case system can improve the accuracy of control and orientation. In this design system also adopt PWM technique control DC motor drive chip L298 to realize the accurate control of motor rotation speed, rotation direction, Start, Stop and etc operating position. System adopt infrared photosensor measure motor rotation speed and drawing locus by black curve on the palette. KEY WORDS:sport trajectory；loopy potentiometer；PWM；infrared photosensor；DC motor driving 第1章引言

悬挂运动控制系统

悬挂运动控制系统 作者：李岩沈志张海宁 赛前辅导及文稿整理辅导教师：尹仕 摘要：本系统采用SPCE061A单片机作为控制系统的核心，通过光电编码盘实现对悬挂物位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节对误差进行修正。在寻迹过程中，采用无线数传通讯的反馈方式替代了有线连接的反馈方式，避免了线缆牵引带来的控制误差。系统采用点阵液晶和触摸控制屏实现了友善方便的人机交互界面。 Abstract:This system adopts the SPCE061A as the kernel of the control system. The system measures the position of the suspender through the photoelectric encoder and the position is been modified by the local feedback. During the seeking mark process, it makes use of the wireless data transmission feedback instead of the lineate feedback to avoid the system control error which brought by the line. The system uses a LCD and a touch screen realizes a friendly and conveniently HMI (Human Machine Interface).

悬挂运动控制系统论文

悬挂运动控制系统 作者：黄钦宁李树海莫琼华 (XX师X大学物理与信息工程学院创新基地XX 541004 ) 【摘要】本系统采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制中心，由直流步进电机、红外收发对管、4*4键盘及中文液晶显示屏构成的悬挂运动控制系统。该系统能自由控制悬挂物体完成自行设定运动、画圆运动、沿黑线运动等，并能正确显示物体到达的坐标位置。 【关键词】SPCE061A单片机中文液晶显示屏逼近画圆算法 A Control System For Suspension Movement [Abstract]This design uses SPCE061A as the control core to build a suspension movement control system which consists of a DC step motor, infrared emitting tube, 4X4 keyboard and an LCD display screen for Chinese characters. The system can control the suspended objects to plete the movements set by itself, such as drawing the circles, moving along the black lines and doing other movements. It also can display the correct location of the coordinate where the object reaches.

一种悬挂运动控制系统的近似插补算法研究

和各标定点载荷量,对钢丝绳施加标定力,把检测器 夹持于钢丝绳上,稳定后记录显示器读数.由小到大逐级递增标定力的值直到最大值.在完成1次加载过程后,调准传感器的平衡点(零点),进行卸载标定.将上述标定测试过程循环进行3次,从而取得3组标定原始数据供分析计算. 经过对传感器进行加载和卸载2次逆续标定后,利用Matlab 多项式拟和功能[5]对试验数据进行分析处理,得出实际所测的电压值与所需测量的张力值之间的关系:F =-0.021+0.067U ,最后把张力值后送入L ED 进行显示. 为了确保采集数据的准确,系统采用了数据冗余技术,这样可以有效防止因钢丝绳的抖动而造成的测量误差. 5　结束语 从硬件、软件两方面对细钢丝绳在线检测装置 进行了设计,并采取了一系列抗干扰措施来保证测 量精度.现场试验结果表明,该检测装置检测功能强,工作稳定可靠.参考文献: [1]　周绪祥.钢丝绳传统诊断方法的缺陷及科学方法介绍 [J ].鄂钢科技,2001,(3):14-15. [2]　强锡富.传感器[M ].北京:机械工业出版社,2001.[3]　童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M ].北京:高等教 育出版社,2001. [4]　周立功.L PC900系列Flash 单片机应用技术(上册) [M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003. [5]　张志涌.精通Matlab6.5[M ].北京:北京航空航天大学 出版社,2003. 作者简介:李　 瑞　(1984-),女,山西临汾人,硕士研究生,研究方向为机电一体化;何永庆　(1953-),男,重庆人,工程师,研究方向为机电一体化. 一种悬挂运动控制系统的近似插补算法研究 叶敦范,刘金全,欧阳才校 (中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074) Research on t he Interpolation Algorit hm of One Cont rol System of Suspended Movement YE Dun 2fan ,L IU Jin 2qu an ,OU YANG C ai 2xiao (Faculty of Mechanical and Electronic Information ,China University of G eosciences ,Wuhan 430074,China ) 摘要:阐述了一种新的悬挂运动控制系统运动轨迹控制算法,通过悬挂系统的椭圆和双曲线轨迹来分别近似模拟二维平台在X ,Y 轴上的直线步进,使悬挂系统也能像二维运动平台那样很好的实现对运动轨迹的控制,并通过Matlab 仿真验证了其具有很好的控制效果. 关键词:悬挂系统;Matlab 仿真;直线插补算法 中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号:100122257(2009)0320031203收稿日期:2008210223 Abstract :This paper p resent s a new pat h t rack cont rol algorit hm of suspended movement cont rol. By separately simulating linear step of 2D platform on X and Y axis using ellip se and hyperbola track of suspended system ,it can cont rol t he movement t rack as well as t he 2D platform does.Simulation on Matlab proves t his system has excellently con 2t rol effect. K ey w ords :suspended system ;Matlab simula 2tion ;linear interpolation algorit hm 0　引言 目前悬挂运动控制系统在国内外许多行业中都有着广泛的应用,随着社会的发展,工业生产越来越要求自动化、省人力、效率高,人们对悬挂运动控制? 13?1机械与电子22009(3)

悬挂运动控制系统中软件算法设计与综合调试

文章编号:100628244(2009)0420042203 悬挂运动控制系统中软件算法设计与综合调试 In Suspension K inem atic Control System The Soft w are Design And Sythetic T esting 郝朝亮　李心田　吴才章　王伟生 H ao Zhaoli ang L i X i nti an W u Caiz hang W ang Weisheng (河南工业大学　河南郑州　450007) (He N an I ndust ry Uni versit y He N an Zhengz hou 450007) [摘要]本设计以微控制器A T89C52为核心,用直线差补和圆弧插补法实现电机的控制。在充分考虑非电 因素引起运动误差的基础上,根据规定的运动轨迹,建立完善的数学模型。在软件方面,为了有效解决汇编 语言除法运算引起的程序的复杂性,巧妙地通过查表方法,把除法运算转化为定点数加法运算,大大简化了编程量。驱动电路均采用光电耦合器隔离以避免干扰,软件部分利用抗干扰技术进行优化,提高系统可靠性。 [Abstract]In t his st udy ,a microcontroller A T89C52is taken as a center ,t he motor control are realized by linear differential compensated and cirsular plugged compensated met hod.Based on nonelectron factor cause t he kinematic error from consideration and prescreption kinematic locus ,the mat hemation model are estab 2lished.In software ,for solution assembly language division calculation into fixed point which make the pro 2gram complexity ,translation division calculation into fixed point data add calculation by look up table met h 2od ,the programining are simplified.For avidance interference use of t he p hotoelectrical coupler isolation in drive circuit ,optimization software by the anti 2interference 2techque ,t he system reliability are raised. 关键词:定点数　寻迹　单片机　步进电机 K ey w ords :Fixed point data Seek trace Single Chip processor Stemotor 中图分类号:463.33 文献标识码:B 作者简介:郝朝亮(19842),男,现就读于河南工业大学电气工程学院自动化专业 李心田(19842),男,河南工业大学电气工程学院自动化专业 吴才章(19682),男,华中科技大学智能仪器仪表专业博士,副教授,现从事智能测控领域研究和仪器仪表类教学和研究工作。王伟生(19792),男,讲师,昆明理工大学生产过程自动化专业毕业,现从事控制工程和仪器仪表方面的研究和教学工作。 1　引言 本设计以单片机A T89C52为核心,通过控制两台步进电机,使被控物体在倾斜板上完成规定的各种曲线运动;利用方便操作的434键盘设置运动模式和任意点参数,画笔根据设备的运动模式和相应参数,完成预定动作,在运行过程中能实时显示运动状态和画笔的坐标点参数;采用四个光电传感器完成寻迹功能并控制画笔绘制相应的曲线;在充分考虑非电因素(绳子弹性,滑轮直径,两台电机对称性等)引起运动误差的基础上,根据规定的运动轨 迹,将步进电机的转向和步进参数建立完善的数学模型。在软件处理方面,为了有效解决汇编语言除法运算引起的程序的复杂性,巧妙地通过查表方法,把除法运算转化为定点数加法运算,大大简化了编程量。驱动电路均采用光电耦合器隔离以避免干扰,软件部分利用抗干扰技术进行优化,提高系统可靠性。 2　硬件简述 根据系统要求控制器主要用于步进电机和画笔的控制,传感器信号的接收和辨认。本系统控制对 — 24—第23卷第4期2009年12月传 动 技 术 DRIV E SYSTEM TECHNIQU E Vol.23　No.4December 2009