基于自由摆的平板控制系统论文.doc

基于自由摆的平板控制系统论文摘要:我们采用STC89C52单片机控制步进电机,通过IO口输出具有时序的脉冲信号作为步进电机的控制信号。信号经过ULN2003驱动步进电机使其可以带动平板转动。通过角度传感器KMZ41改变步进电机的运行状态,从而对平板的摆动进行控制。关键字:单片机步进机角度传感器正转反转设计任务基本要求:(1)控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转(3~5周),摆杆摆一个周期,平板旋转一周(360°),偏差绝对值不大于45°。(2)在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm平行线的打印纸。用手推动摆杆至一个角度θ(θ在30°~45°间)调整平板角度,在平板中心稳定放置一枚1元硬币(人民币;启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中,要求控制平板状态,使硬币在5个摆动周期中不从平板上滑落,并尽量少滑离平板的中心位置。(3)用手推动摆杆至一个角度θ(θ在45°~60°间),调整平板角度,在平板中心稳定叠放8枚1元硬币;启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中,要求控制平板状态使硬币在摆杆的5个摆动周期中不从平板上滑落,并保持叠放状态。(4)在平板上固定一激光笔,光斑照射在距摆杆150cm距离处垂直放置的靶子上。摆杆垂直静止且平板处于水平时,调节靶子高度,使光斑照射在靶纸的某一条线上,标识此线为中心线。用手推动摆杆至一个角度θ(θ在30°~60°间),启动后,系统应在15秒钟内摆杆至一个角度控制平板尽量使激光笔照射在中心线上(偏差绝对值<1cm),完成时以LED指示。在上述过程完成后,调整平板,使激光笔照射到中心线上(可人工协助)。启动后放开让摆杆自由摆动;摆动过程中尽量使激光笔光斑始终瞄准照射在靶纸的中心线上。二、 系统功能实现的设计角度采集KMZ41是利用稀薄镍铁导磁合金的磁阻效应做成的角度传感器。KMZ41片内包含两个相互独立的单臂镍铁导磁合金电阻电桥,两个电桥的放置方向相差45°,各自具有独立的电气特性和机器特性。UZZ9001是角度信号调理芯片。该芯片将角度传感器KMZ41输出的两个交流信号转换成线性角度信号,并以SPI总线协议兼容的形式输出,并可补偿直流偏移量。UZZ9001内部包含ADC、振荡电路、低通滤波器、ALU、复位电路、控制单元、SPI接口电路。内部结构如图所示:(2)显示与报警设计中显示的实现采用LED数码管显示,由STC89C52单片机P0的8个数据端口与其连接,中间加上拉电阻来完成对实时符合要求的显示。(3)主控单片机设计中选用STC89C52单片机,共有四个8位的I/O口,外加12MHz晶振提供时钟信号,采用上电复位模式,P1口和角度采样传感器通讯,直接输入12位数字量到89C52内进行处理,P3口输出控制信号与外接电机驱动电路来控制步进电机的输入信号,P0口与LED数码显示模块连接,用于实时显示。P2^3连接蜂鸣器,提示达到指定角度,从而控制摆杆运动。(4)步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构,可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。步进电机根据单片机输出给驱动电路的脉冲信号确定步数,从而随着摆杆摆动调节平板的位置保持水平。步进电机分三种:永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,;反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:。这种步进电机的应用最为广泛。故本次试验采用混合二相式,°。:系统软件原理设计控制系统加电后主控单片机、LED显示、角度传感器、步进机驱动电路复位,然后程序则开始通过扫描角度传感器KMZ41来实时采集当前角度。控制算法中,当实际角度值达到符合要求的角度时,蜂鸣器提示令摆杆开始摆动。由于摆杆长度不变,摆动周期T不变。在摆杆摆动一个周期内,控制步进电机步数,使平板旋转360°。此电机程序代码如下:#include<>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint