稿2---悬挂运动控制系统.ppt

赛题赏析,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80cm100cm。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, 示意图如右。,悬挂运动控制系统（2005年E题）,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80cm100cm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)。,赛题赏析,发挥部分要求 （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(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm1.8cm，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。,赛题赏析,悬挂系统简介,-电自院 聂 苏 许灵燕 赵国海,系统任务,在如图所示的坐标纸上控制笔尖 运动，分别完成 1：从坐标原点运动到任一指定点 2：在坐标纸上任指定一点，以该点为 圆心，25CM为半径画一圆 3：画出另一种图形（自定义）（我们 选择的是正弦波） 4：坐标纸上贴有黑线，控制笔尖沿 黑线运动,悬挂运动控制系统,该系统以单片机89C51为控制系统的核心，采用了步进电机控制装置、光电耦合传感器装置和精确的控制算法来实现一个悬挂运动控制系统。友好的操作界面和灵活的监控方式是本设计的两大特色，通过LCD显示和键盘设定增强了系统的实用性，此外，除能任意寻点外还能绘制圆，正弦波。,该系统组成,主控单片机 键盘显示 步进电机 寻迹用光电耦合管 组成框图,系统控制的基本原理和算法,如图所示，根据题意，以80cm100cm 图纸的左下角为坐标圆点，水平向右为x轴 正方向，垂直向上为y轴正方向。并设两滑 轮的中心分别为A，B，笔尖的位置为 C（x1,y1）,要运动到D（x1,y2）点，只需 将绳子L1拉伸到L3，L2缩到L4。 根据勾股定理 算出L1到L3，L2到 L4绳子缩放长度，再转换成左右电机 分别需要转动的角度即可。 当然在由一点运动到另一点时，不是 一下子就到目的点。拿从（0，0）运动到 （5，5）来说并不是直接算好左右电机要 运行的距离就让它运行下去而是把它分割 成很多段。先（0，0）到（0.1，0.1）再 （0.2，0.2）一直到（5，5）。具体的运 算就交给单片机了。单片机算好再把它转 化成控制量控制电机就可以 了。走定点， 画圆，画正弦都是这个原理。寻迹则需要 借助传感器了。（具体在后面介绍）,走到定点 画 圆 画 正 弦 循迹运动,走到定点,指定一点坐标,悬挂物从原点沿直线运动到指定点坐标. 基本原理如前所述，只是在运动时点取增量是按斜率取的，如从（0，0） 到（4，6），那第一点取的是（0.1,0.15）,而不是（0.1,0.1）,这样确保整个过程是沿直线运动。,画 圆,指定圆心坐标,悬挂物先从原点运行到圆心坐标,再以半径25cm画一个圆 根据圆心坐标和半径，把圆等分为800个点，再取这800个点的坐标，换算成 对应的控制量。走完这800个点的轨迹就是所要的圆。,画 正 弦,指定正弦曲线的起始点，以振幅25cm,周期50cm(换算成横轴坐标)画一正弦 把正弦的起始坐标x轴按0.1cm的步长递增，并算出相应的y轴坐标。50cm对应500个点，走完这500个点的轨迹就是所要的正弦。,循迹运动,悬挂物先直线运动到黑色轨迹的起始点，再沿着黑色轨迹运动，到达终点后停止运动。 寻轨迹中，我们在悬挂物体的左上和右上布置了两个光电耦合器。如图所示，传感器没有检测到轨迹时为低电平，当有一个传感器中有一个检测到轨迹时，就变为高电平。当左上角的传感器检测到黑线，悬挂物向下走并向右走一小步。当右下角的传感器检测到黑线，悬挂物向上走并向右走一小步。当两个都没检测到时向右走一小步。由于两传感器间距离大于黑线宽度，所以不会出现俩个都检测到 的情况。程序中为防万一，出现这种情况时往右走一小步。,单元电路的设计,1、键盘电路的设计 2、显示电路的设计 3、传感器电路的设计,在键盘电路的设计中，我们采用了键盘采用44矩阵式键盘，处理方式采用行扫描法来识别键是否按下，再通过ZLG7290为主的电路将数据传给单片机，如图十三所示。，,在显示电路的设计中，我们采用了LCD显示电路，如图十四所示， 通过串行方式传输数据，能够显示所需的文字，数字及图案，接线简单，引脚和单片机相连，不用其他驱动模块。,光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。在本设计中我们采用的是PC817，具体接线见图十五，信号通过PC817采集后，再经过LM358进行信号的整形，再传