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悬挂运动控制系统（E题）1、摘要：本系统采用MSP430单片机作为悬挂控制系统的检测和控制核心，实现通过人机界面对物体所作运动进行设定，通过液晶实时显示此时画笔所在的坐标值；系统具有可画出相应的运动轨迹，可自动跟踪曲线运动等功能。运动参数的设定通过键盘输入，系统通过比较当前画笔所在位置与设定位置的差异以及运动类型，控制步进电机完成相应运动；曲线的跟踪采用红外传感器来实现。在软件控制上采用了Divide&Conquer和探测、预测相结合的方法把画笔所要作的复杂运动分解成简单的直线运动，然后控制电机实现。关键字：Divide&Conquer、步进电机、红外传感、MSP430Abstract:thesystemusesMSP430microcontrollerasthecoreofdetectionandcontrolofsuspensioncontrolsystem,realizeman-machineinterfacethroughsettingobject,throughtheLCDdisplayatthecoordinateswherethevalueofthebrush;thesystemcandrawcorrespondingmotiontrack,canautomaticallytrackcurvemovement.Motionparametersthroughthekeyboardinput,thesystembycomparingthecurrentpenpositionandsetthepositiondifferenceandthetypeofexercise,controlsteppermotortocompletethecorrespondingmovement;curvetrackingusinginfraredsensorstoachieve.InthesoftwarecontrolbyusingmethodofDivide&Conqueranddetection,predictionofcombinationofthedecompositionofcomplexmotionbrushtomakeintolinearmotionsimple,thencontrolthemotorKeywords:Divide&Conquer,steppermotor,infraredsensor,MSP430.2、目录一、前言………………………………………………………..二、方案总体设计……………………………………………..三、单元模块设计……………………………………………..四、系统调试…………………………………………………..五、系统功能、指标参数……………………………………..六、软件部分设计……………………………………………..(一)主程序图……………………………………………….(二)画圆子程序…………………………………………….(三)寻迹子程序…………………………………………….七、参考文献…………………………………………………..八、设计体会…………………………………………………..一、前言在现代生活中，悬挂控制系统的应用越来越多，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，而在实际生产生活中，要实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。我们采用MSP430单片机和步进电机设计了悬挂运动控制系统，由单片机产生脉冲信号驱动有精确步距的步进电机，电机带动悬挂部件在平面上做特定的精确运动。同时，采用液晶显示坐标信息。二、方案总体设计1.方案选择方案1.闭环数字控制方式闭环数字控制方式，主要利用光电传感器检测法，结构图如图1所示。首先单片机根据输入的数据来计算物体要移动的距离并控制物体往坐标的大概方向运动，红外发射接收器来探测悬挂物体移动了多少个1x1cm的小方格,并经过A/D送给单片机，单片机通过特定的算法计算出物体的坐标，并控制电机的转动来控制物体往坐标进发，在此过程中单片机不断计算，不断调整电机的转速和方向使悬挂物体做一定路线的移动。但其缺点是，电路复杂，不但要求要有A/D电路，光电探测电路，还要其电路要做得十分精确。单片机电机驱动电机光电传感器D/A图1闭环数字控制方案2.开环数字控制方式开环数字程序控制方式,即没有反馈系统，开环数字控制的结构图如图2所示。由图可看出，此种控制方式与上面的控制方式少了反馈电路。单片机由输入的数据来计算物体要移动的距离，直接发出控制脉冲来控制电机的转动，进而控制物体的运动方向。由于少了反馈电路，系统的精度只与单片机所采用的算法准确性有关，此种方式电路结构简单，成本低且易于调整和维护，是一种较理想的方式。单片机电机驱动电机图2开环数字控制方式综上所诉，本设计应选方案2为宜。三、单元模块设计1.电机选择方案1.直流电机直流电机又分为直流无刷电机和直流有刷电机，是最早实现调速的电动机，其优点是有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高的效率，但其数字控制方面较难把握。方案2.步进电机步进电机是多种机电设备中被广泛应用的一种电机，它主要由定子和转子构成。定子的主要结构是绕组。三相、四相、五相步进电机分别有三个、四个、五个绕组，其它以此类推。绕组按一定的通电顺序工作着，这个通电顺序我们称为步进电机的“相序”。转子的主要结构是磁性转轴，当定子中的绕组在相序信号作用下，有规律的通电、断电工作时，转子周围就会有一个按此规律变化的电磁场，因此一个按规律变化的电磁力就会作用在因此转子上，使转子发生转动。它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。另外步进电机还有动态响应快易于起停，易于正反速及变速等优点。综合上面所述，为易于单片机控制，本设计采用方案2。2.系统组成系统驱动线路如图3所示，由单片机MSP430分别驱动步进电机M1、M2，并用液晶显示其坐标。图3系统控制硬件框图四、系统调试所做实际运动范围为30x50cm。M1、M2电机共四种运转组合方式，分别为M1正转M2正转、M1正传M2反转、M1反转M2正转、M1反转M2反转。1物体做直线运动从图4可以看到假设任意一点（x0，y0），到达（x1，y1）图4直线算法图则两点间距为：L^2=(x1–x0)^2+(y1–y0)^2可把线段L等分成n段，即n=L/0.5，则dx=(x1-x0)/n,dy=(y1–y0)/n假设变量i,1=i=n;所以每一步的坐标值为(i*dx+x0,i*dy+y0)2物体做圆周运动图5圆周算法图五、系统功能、指标参数1.功能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。2.参数控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；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；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；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)。六、软件部分设计1.主程序图2.画圆子程序3.寻迹子程序七、参考文献[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计（第2版）.北京航空航天大学出版社，2011.02[2]沈建华等.MSP430系列16位超低功率单片机原理与应用.清华大学出版社，2012.07八、心得体会了解题目要求以后，通过组内讨论，首先确定了控制电机转速的方法控制坐标，发现行不同；后又确定通过软件控制转速比，但是，这种方法不能完成题目要求直线、圆的轨迹；最后通过查阅资料，最终定了利用微元的方法将曲线或者直线轨迹分解成若干段小的直线轨迹，通过调控电机的转角，使小段直线满足条件，最终完成要求。附：键盘电路如下：L298N电路图如下:ENA6ENB11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISENA1ISENB15VS4VSS9GND8U1L298N0.1uFC2104100uFC1+5V+12VD11N4007D21N4007D31N4007D41N4007D51N4007D61N4007D71N4007D81N40070.1uFC4104100uFC3+5V+12V电机驱动L298NLED11KR112PWMA12Power5V1234IN1-IN41KR21KR31KR4LED2LED3LED41KR51KR61KR71KR812PWMB12Power12V12M112M21234TLP521-11234TLP521-21234TLP521-31234TLP521-4+5V+5V+5V+5V