【正文】 面程序就可使用 ， 這樣能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡的運(yùn)算騰出大量空間和時(shí)間，大大提高單片機(jī)的運(yùn)行 效率 ]7[ 。 方案二：采用閉環(huán)控制 方式 。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 硬件整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的 要求以及對(duì)系統(tǒng)整體 要求 乃至各個(gè)部分的方案論證得到： 本設(shè)計(jì) 是以單片機(jī)作為 核心 控制器，通過 驅(qū)動(dòng) 控制兩臺(tái) 步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)的運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)被控物體運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。 系統(tǒng)總體框圖如圖 所示 圖 系統(tǒng)整體框圖 尋找黑線 的方法 ，采用模糊尋找的方 法 ，首先物體從（ 0， 8） 坐標(biāo)點(diǎn) 運(yùn)行到（ 80， 控制器 LED 顯示 44鍵盤 電機(jī) A電機(jī) B 尋跡部分 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 源（ 12V） 單片機(jī)的供電電源（ 5V） 速度采集模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 8） 坐標(biāo)點(diǎn) ，檢測(cè)這之間有無黑線 。 如果沒有檢測(cè)到黑線則返回從（ 80， 12） 坐標(biāo)點(diǎn) 運(yùn)行到（ 0， 12） 坐標(biāo)點(diǎn) 檢測(cè)到的黑線作 為黑線起點(diǎn)。然后再調(diào)用連續(xù)段的尋 跡程序 重復(fù)檢測(cè) 。DI 光電檢測(cè)模塊 （ 4 個(gè)光電傳感器） ~ ~ AT89C52 ~ ~ LOAD DIN 顯示模塊 CLK 電機(jī) 1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 電機(jī) 2 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 電源部分電路設(shè)計(jì) 7805 芯片介紹 H7805 芯片 系列為 3 端正穩(wěn)壓 集成 電路 ,TO220 封裝能 夠 提供多種固定的輸出電壓 ，三端分別是輸入端、接地端、和輸出端， 應(yīng)用范圍廣。將電機(jī) 供電 電源（ 12V）和單片機(jī)的供電電源（ 5V）完全隔開，可以徹底消除 驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 時(shí) 所造成的干擾，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn) 電機(jī)時(shí)，可以直接控制 步進(jìn) 電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 POWER 接直流 供電 電源， 特別要 注意正負(fù)，電源正端為 VCC，電源地為 GND ]10[ 。 本 設(shè)計(jì) 由單片機(jī) 內(nèi)部 直接產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，當(dāng) 單片機(jī)接受到相應(yīng)的信號(hào)時(shí)，單片機(jī)轉(zhuǎn)到中斷處理信息， PWM 信號(hào)停發(fā)。 L298 的兩個(gè)控制端（ C、 D）的工作狀態(tài) 由表 列出（ Ven 為使能端）。ADC0832 的最高分辨率能夠達(dá)到 256 級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 其目前已經(jīng)有很高的市場(chǎng)應(yīng)用 普及率 ]11[ 。所 選用的多圈電位器為 10 圈、 47KΩ， 直徑為 5cm 的 動(dòng)滑輪，則旋轉(zhuǎn)一圈的 周 長(zhǎng)為： 5L ?? 由 ADC0832 的分辨率得出，采集到 的 最小線位移為： 8/2lL? 當(dāng)電機(jī)開始 運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)，拖動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，多圈電位器和滑輪 將 同步轉(zhuǎn)動(dòng)， 進(jìn) 而改變多圈電位器的輸出電壓， A/D 轉(zhuǎn)換器將多圈電位器的輸出電壓 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 傳 送給單片機(jī)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑輪運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài) 精確采集。若沒有 ，則從（ 80， 16） 坐標(biāo) 點(diǎn) 運(yùn)行到（ 0， 16）坐標(biāo)點(diǎn) ，再檢測(cè)這之間有無黑線 。以同樣的運(yùn)行檢測(cè)方 法 即可找出黑線的起點(diǎn) ]13[ 。 尋跡模塊電路 根據(jù) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)任務(wù)，懸掛物體要沿著 指定 黑線運(yùn)行，采用反射式光電傳感器進(jìn)行 檢測(cè) 。當(dāng)檢 測(cè)不到黑線時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的紅外 線 經(jīng)板反射后 能被 被接收管接收， 則 接收管導(dǎo)通，斯密特管輸出低電平 信號(hào)； 當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的紅外 線被黑線吸收 不能被反射，斯密特管輸出高電平 信號(hào) ，單片機(jī)通過檢測(cè) 接受到的 I/O 口的高低電平來 控制 電機(jī)的 運(yùn)轉(zhuǎn) 方向 ]14[ 。當(dāng) 探 測(cè)到黑線時(shí)，接收管截止，同相輸入Ⅴ in 為高，比較器輸出為高電平。 而且 僅僅 需 要 一個(gè)外部電阻來設(shè)置所有 LED 的段電流 ,從而 大大減少 了系統(tǒng) 的 成本并 節(jié)省了 電路板空間 ]15[ 。 采 用 MAX7219 對(duì) LED 數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在本設(shè)計(jì) 中，用 ～ 與 鍵盤的列信號(hào) C4～ C1 一一對(duì)應(yīng)相連 ；用 ～ 于鍵盤的行信號(hào) L4～ L1 一一對(duì)應(yīng)相連 ]16[ 。 圖 設(shè)置鍵操作圖 如 圖 所示，表示了幾種方式的操作。 方式 4：定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，先利用 4*4 鍵盤 來設(shè)定一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)值，接著按下啟動(dòng)鍵 。 主控制器模塊設(shè)計(jì) AT89C52 介紹 AT89C52 是 51 系列單片機(jī)的 其中 一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3級(jí)加密位 可編程 UART 串行通道 P0 口 不僅可以作為通用的 8位 I/O 而且當(dāng)需要對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展是，還能夠作為分時(shí)復(fù)用的低 8位地址 /數(shù)據(jù)總線。 P1 口 P1 口是一組 8 位并行 I/O 口， P1 口是一組準(zhǔn)雙向口，準(zhǔn)雙向口是指 P1口用作輸入時(shí)， P1 口會(huì)被拉高，具備 4 個(gè) LSTTL 門電路的負(fù)載能力， P1口的每一位都是由輸入緩沖器、鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器組成，這樣就能夠鎖存輸出信息，但不能鎖存輸入信息。 P2 口 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 P2 口的通用 I/O 口工作方式與 P1 口相同，同時(shí)外部也不需接上拉電阻。 表 AT89C52P3 口引腳的第二功能 口線 第二功能 信號(hào)名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷 0 請(qǐng)求信號(hào)輸入 INT1 外部中斷 1 請(qǐng)求信號(hào)輸入 T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 RST 引腳 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端口，高電平有效。但是特別注意的是：每當(dāng)單片機(jī)訪問外部 RAM（也就是執(zhí)行 MOVX 類指令）的時(shí)候，會(huì)丟失一個(gè) ALE 脈沖信號(hào)。 PSEN 端 PSEN 為片外程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。 Vpp 為第二功能，在對(duì)片內(nèi) Flash 進(jìn)行編程時(shí)， Vpp 需要接入編程電壓 XTAL1 端和 XTAL2 端 在單片機(jī)內(nèi)部， XTAL1 通過一個(gè)高增益反相放大器與 XTAL2 相連，其中 XTAL1是輸入端， XTAL2 是輸出端。 AT89C52 封裝如圖 所示 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 AT89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C1 的大小 將會(huì) 直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一 通常 采用 10~30uF， 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間 就 越短。 P0 口為 三臺(tái)雙向口 ，作為輸出口時(shí) 必須要 加上拉電阻，阻值為 10k 左右 。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 原理圖 如圖 所示 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 4 軟件部分設(shè)計(jì) 理論分析與計(jì)算 位移 /數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法 首先記錄 剛開始 A/D 轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)， 再使 電機(jī) 1運(yùn)轉(zhuǎn) ，電機(jī) 2 停止 工作 ，使電機(jī)拖動(dòng) 物體 移位 100cm， 然后 記錄下 在 此期間所變化的 A/D 轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)， 這就是步進(jìn) 電機(jī) 拉動(dòng)載體位移 1mm 所需 要 的數(shù)據(jù) 。 制 作輔助線 BC， 會(huì) 得到兩個(gè)三角形⊿ ABE 和⊿ CDE。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 畫圓數(shù)學(xué)模型 本 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)要求懸掛物 的運(yùn)動(dòng)軌跡為 一個(gè)圓， 對(duì)于這個(gè)要求采用 微分曲線直線逼近 的方 法。很 顯然，角度步長(zhǎng) v 越小，在圓周上取得點(diǎn) 就 越多，控制也 就 會(huì)更 加精 確。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖 所示： 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 主程序流程圖 定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)子程序 單片機(jī) 通過 I/O 的輸入功能的 從鍵盤讀入功能鍵和起始坐標(biāo)值（ X0， Y0）， 然后 將（ X0， Y0）帶入 算 式 和式 中計(jì)算出 a0 和 b0。 Y Y 開始 初始化 按鍵 按下 N 設(shè)置 方式 設(shè)置確 認(rèn)否 N 返回 定點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 自設(shè)運(yùn)動(dòng) 歸位 畫圓 歸位 尋跡湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)子程序流程圖 畫 圓子程序 對(duì)于 圓周運(yùn)動(dòng)，采用 微分曲線直線逼近法 的方 法來完成 。當(dāng)偏離黑線時(shí)，傳感器狀態(tài)發(fā)生變化， 將 激活糾偏動(dòng)作。 尋跡流程圖如圖 所示。 本 論文所 研究的懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 實(shí)際上是 電機(jī)控制系統(tǒng) , 集成了電子技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 和單片機(jī)接口技術(shù) 等。在 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過程中， 考慮到成本問題便 力求硬件電路簡(jiǎn)單 使用 ， 同 時(shí)充分發(fā)揮軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，編程靈活方便 進(jìn)而 來滿足系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 的要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)的最后一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 在這次設(shè)計(jì)中使我 和同學(xué)的關(guān)系跟進(jìn)一步 ，同學(xué)之間互相幫助， 互相解答疑問，又不懂的地方一起商量思考，不同的看法對(duì)于我理解本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有更全面的了解和認(rèn)識(shí) ， 因此，在這里我非常感謝幫助過我的 同學(xué)和老師。本 論文 引用了數(shù)位學(xué)者 老師的 研究文獻(xiàn) 資料。特別要感謝我的指導(dǎo)老師胡薔老師，她對(duì)我進(jìn)行了詳盡的指導(dǎo)和不厭其煩的幫助我解答我的問題，并且教導(dǎo)我不斷對(duì)論文進(jìn)行修改和完善。 由于沒有器材 和設(shè)備 ，所以 沒能 完成 該系統(tǒng)的 實(shí)物制作。 本系統(tǒng) 是 以 AT89C52 來完成核心 控制。方向移動(dòng) 偏離黑線？ 計(jì)數(shù)器加 1 累計(jì)加到 50 調(diào)用定點(diǎn)子程序 返回 初始化 偏離黑線？ Y N 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 5 總結(jié) 本片 論文詳盡 闡述 了 基于單片機(jī)的懸掛運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)的 各個(gè)模塊的 方案選擇及設(shè)計(jì)、硬件電路 的 設(shè)計(jì) 和 運(yùn)動(dòng)軌跡控制算法的論證與選擇。角進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 畫圓程序流程圖如圖 所示?？刂齐姍C(jī)進(jìn)行 運(yùn)轉(zhuǎn) 。通過選擇和比較， 采用匯編語言與 C 語言交叉使用 效果最后 ，為 了 達(dá)到題目 所 要求的控制精度和響應(yīng)時(shí)間，針對(duì)各項(xiàng)功能 所 設(shè)計(jì)相應(yīng)的巧妙算法，采用了匯編語言與 C語言交叉使用 從而來完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能 。 設(shè)所 要作 圓的圓心坐標(biāo)為（ x0,y0）半徑為固定的 25cm，（ x,y）為圓的任意一點(diǎn)，由此 得到 圓的方程為： (x*x0)2+(yy0)2=252 （ ） 若直接使用該方程來求圓上點(diǎn)的坐標(biāo)，算法 非常 復(fù)雜，采用圓的參數(shù)方程 比較簡(jiǎn)單 ： X=x0+25sint （ ） Y=y0+25cost （ ） (x0,y0)為圓心坐標(biāo) 這樣， 得到 圓的坐標(biāo)僅 僅 與參數(shù) t 有關(guān)， 從而 ，使角度 t 以某一設(shè)定的角度步長(zhǎng) v 累加，使 t=q*v 在周期 [t,t+2π ]內(nèi)變化，其中 q 為累加值。設(shè)繩索位移 1mm， AD變化值為 p， 再 根據(jù) c， d 的絕對(duì)值來確定電位器 1，電位器 2所要變化的 數(shù) 值： 電位器 1 所 需要 分配的數(shù)值： m=|c|*p （ ） 電位器 2 所 需要 分配的數(shù)值： n=|d|*p （ ） 誤差補(bǔ)償 為了使 物體的 運(yùn)動(dòng)軌跡更加 的 平滑， 可 采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù) 來 控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) L298N， 從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的控制，設(shè)電機(jī) 1所 需要 運(yùn)行的線值為 n,電機(jī) 2 所 需要 運(yùn)行的線值為 m，則輸出到電機(jī) 1和電機(jī) 2的定時(shí)器初值比例 將 為 n/m，這樣 就 可使電機(jī) 1 和電機(jī) 2 同時(shí) 同步到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。 故 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)值決定位移 ]23[ 。 單片機(jī) 設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加 1 計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（ 1 個(gè)機(jī)器周期等于 12 個(gè)振蕩周期， 即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 1/12）。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 的 起振電容 C C3 一般采用 15~33pF。采用內(nèi)部的振蕩器電路和時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)， XTAL1