【正文】 ............................................... 23 展望 ........................................................................ 23 II 參考文獻(xiàn) .......................................................................... 24 附錄Ⅰ 程序清單 .................................................................. 25 ................................................................. 25 ..................................................................... 27 ..................................................................... 31 附錄Ⅱ 單片機(jī)驅(qū)動電機(jī)電路 ....................................................... 35 附錄Ⅲ 外文文獻(xiàn)翻譯 ............................................................. 36 第 1 章緒論 1 第 1 章緒論 課題背景 步進(jìn)電機(jī)是自動控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行部件。 步進(jìn)電機(jī)不需位移傳感器就可精確定位 ， 所以在精確定位系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 2 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計要求 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車系統(tǒng)，就是在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一些模塊，使單片機(jī)正常驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，帶動小車執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)的同時，根據(jù)傳感器模塊的反饋，不斷修正，直到任務(wù)實現(xiàn)。 但單片機(jī) 不能 直接 驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)，最好的解決方法是設(shè)計一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，由單片機(jī)控制驅(qū)動器，再由驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。隨著嵌入式系統(tǒng)、片上系統(tǒng)等概念的提出和普遍接受及應(yīng)用， 51 單片機(jī)的發(fā)展又進(jìn)入了以個新的階段。許多信號的通道均在一個芯片內(nèi)，故運作時系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 （ 2）在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 本設(shè)計為了能讓單片機(jī)的引腳更加容易接出，采用的是 PDIP 封裝 ，它的引腳圖與實物圖如圖 31 與 32 所示： 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 6 圖 32 STC89C52 實物圖 圖 31 STC89C52 引腳圖 控制電路設(shè)計 本系統(tǒng)是在單片機(jī)最小系統(tǒng)上進(jìn)行設(shè)計的。單片機(jī)的擴(kuò)展電路如圖 34 所示： 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 8 圖 34 單片機(jī)的擴(kuò)展電路圖 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 單片機(jī)供電模塊設(shè)計 本設(shè)計采用 6V可充電 鎳氫充電電池組作為單片機(jī)的電源 ,這種電源的優(yōu)點是電容量大 ,可以支持步進(jìn)電機(jī)的長時間運轉(zhuǎn)。通常線性調(diào)壓器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決 于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。 4．停止時也可保持轉(zhuǎn)距。開關(guān)通電斷電的時間和間隔越長 ，則轉(zhuǎn)子換向需要的時間就越長，即電機(jī)轉(zhuǎn)的越慢；反之則電機(jī)轉(zhuǎn)的越快。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 12 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。由于設(shè)計中有兩個驅(qū)動器，另外一個驅(qū)動器的三個輸入口分別與 P1^ P1^ P1^5 相連，這樣單片機(jī)的 6 個口就可以控制步進(jìn)電機(jī)的運動了。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。 檢測方式可分為對射式、反射式、偏振式、鏡面式、漫反射式、會聚式和光幕式等。 由光電傳感器的自身構(gòu)造可知檢測到黑色物體時 輸出為高電平，檢測到白色物體時輸出為低電平。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 16 但是目前筆記本電腦因為空間的限制和其他方面考慮的原因都沒有串口，甚至一些臺式電腦也取消了串口配置，這就很大程度的限制了串口的應(yīng)用。 D1 接一個上拉電阻以幫助實現(xiàn)枚舉功能。 4. 點擊下載，此時單片機(jī)需要冷啟動。 //speed_l 速度控制變量 cw 方向控制變量 en 使能控制變量 if(cw==1) { cw_left=1。 TL1=(65536100)%256。 表 41 電機(jī) 轉(zhuǎn)向表 傳感器 左 右 傳感器所處位置 循跡動作 傳感器輸出電平 1 1 黑 黑 前進(jìn) 1 0 黑 白 左轉(zhuǎn) 0 1 白 黑 右轉(zhuǎn) 0 0 白 白 前進(jìn) 避障流程圖 為了實現(xiàn)避障功能，小車上裝了三個紅外傳感器，則有三種感應(yīng)情況，如圖 42 所示。 這次畢業(yè)設(shè)計，從最初的查閱圖書資料 ,到最后的運行 ,這中間有很多值得思考的地方。//左電機(jī)脈沖控制位 sbit en_right = P1^3。//進(jìn)定時器 1 中斷次數(shù)計數(shù) uint speed。 ET1=1。 } if(en==1) { en_left=1。 timer1_init()。 n=0。 //左側(cè)紅外傳感器接收位 sbit ir_right=P2^4。 for(i=0。 TH1=(65536100)/256。 } } void move_right(uint speed_r,uchar cw,uchar en) { //speed_r 速度控制變量 cw 方向控制變量 en 使能控制變量 speed=speed_r。amp。 } if(ir_left==1amp。 move_right(15,1,1)。 n=0。 //左側(cè)紅外傳感器接收位 sbit ir_right=P1^7。//電機(jī)速度控制變量 /**************函數(shù)體 ******************************************/ void delay(unsigned int k) { unsigned int i,j。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 32 EA=1。 } else { en_left=0。 while(1) { if(ir_left==0amp。amp。ir_mid==1amp。amp。ir_right==0)//前、右有障礙，左轉(zhuǎn) { move_left(15,1,1)。 move_right(15,0,1)。 delay(400)。 TL1=(65536100)%256。 } } 附錄Ⅱ 單片機(jī)驅(qū)動電機(jī)電路 35 附錄Ⅱ 單片機(jī)驅(qū)動電機(jī)電路 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 36 附錄Ⅲ 外文文獻(xiàn)翻譯 Knowledge of the stepper motor Stepper motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the implementing agency. Popular little lesson: When the driver receives a step pulse signal, it will drive a stepper motor to set the direction of rotation at a fixed angle (and the step angle). You can control the number of pulses to control the angular displacement, so as to achieve accurate positioning purposes。 move_right(15,1,1)。ir_right==0)//右有障礙，左轉(zhuǎn) { move_left(15,1,1)。amp。ir_mid==0amp。amp。 } if(ir_left==0amp。//前左右都有障礙，右轉(zhuǎn) delay(800)。 } } void main (void) { delay(10)。 } else { cw_left=0。}} } /*******************************/ void timer1_init() { TMOD=0X10。 //延時函數(shù) //////////////////變量定義 //////////////////////////////////////////////// uint n。//右電機(jī)方向控制位 sbit clk_right= P1^5。 if(n==speed) { clk_left=~clk_left。amp。 move_right(15,1,1)。 timer1_init()。 } if(en==1) { en_left=1。 ET1=1。//進(jìn)定時器 1 中斷次數(shù)計數(shù) uint speed。//右電機(jī)方向控制位 sbit clk_right= P1^5。 if(n==speed) { clk_left=~clk_left。 } 附錄Ⅰ 程序清單 27 else { en_right=0。 if(cw==1) { cw_left=1。j++) {。//右電機(jī)運動函數(shù) void delay(unsigned int k)。//左電機(jī)使 能控制位 sbit cw_left= P1^1。在連續(xù) 轉(zhuǎn)彎后就可以達(dá)到要求了。設(shè)高電平為 1,低電平為 0,電機(jī)的轉(zhuǎn)向由表 41 可知。 n 或 speed 的數(shù)值越大 clk_left 與 clk_right 改變的時間間隔就會越大，電機(jī)的步與步的間隔就大，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就會變慢，反之亦然 [21]。方向控制主函數(shù)如下： while(1) { move_left(10,0,1)。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)小車 控制 系統(tǒng)設(shè)計 18 2. 選中要燒寫的文件（ .hex 文件）。 PL2303 需要一個 12MHz 的外部晶體為自己提供時鐘 , 外部并聯(lián)的兩個匹配起振電容。距離可以根據(jù)場地的實際情況調(diào)節(jié)， 障礙比較少的情況可以將距離調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)的大些；障礙比較復(fù)雜時可以將距離調(diào)節(jié)小些，這樣就可以避免在原地打轉(zhuǎn)的情況，經(jīng)行精確避障。 步進(jìn)電機(jī)小車的驅(qū)動電機(jī)只有兩個，在前后各有一個從動萬向輪，小車的轉(zhuǎn)向還是很靈活的，故在小車的循跡功能中只設(shè)置了兩個光電傳感器，一左一右分布在車底前部，它們之間的距離要大于黑色軌跡的寬度 ,利于小車走偏時有足夠的空間調(diào)整自身的位置。如何選擇檢測方式應(yīng)主要考慮以下幾點因素檢測距離被檢物的尺寸被檢物的反光情況如何 , 如深色物體的反光能力弱被檢物是否處于振動場合 。 發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。 圖 38 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 在設(shè)計中，這樣的步進(jìn)電機(jī)有驅(qū)動器兩個，分別驅(qū)動左右兩個步進(jìn)電機(jī)。與單二拍相比，雙二拍不容易產(chǎn)生丟步的現(xiàn)象。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 下面以四相步進(jìn)電機(jī)最簡單的四拍工作方式來說明步進(jìn)電機(jī)的工作原理： 圖 37 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 以四相步進(jìn)電機(jī)為例， SA、 SB、 SC 與 SD 分別是四相步進(jìn)電機(jī)的四個相的開關(guān)，開關(guān)接通時，磁極通電；開關(guān)斷開，磁極斷電。 2．與微機(jī)的連接、速度控制（啟動、停止和反轉(zhuǎn)）及驅(qū)動電路的設(shè) 計比較簡單?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的 [10]。 AMS1117 芯片的特性如下： , 和 1A，工作壓差低至 1V ： %Max 負(fù)載調(diào)節(jié)： % Max. SOT223,TO252 和 SO8 封裝的結(jié)溫 ，以防止環(huán)境溫度造成過高 AMS1117 的穩(wěn)定性，對可調(diào)電壓版本，輸出需要連接一個至少 22μ F 的鉭電容。 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖如圖 33 所示： 第 3 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 7