【正文】 的范圍內(nèi) 可以 作自行設定的運動，運動軌跡長度不小于 100cm，物體在運動時能夠在板上畫出運動軌跡， 且必須要在 300 秒內(nèi)完成； 控制物體作圓心可任意設定、直徑為 50cm的圓周運動， 且必須要在 300 秒內(nèi)完成； 物體從左下角坐標原點出發(fā)，在150 秒內(nèi)到達設定的一個坐標點 (兩點間直線距離不小于 40cm)。根據(jù)題目的設計要求，本設計主要實現(xiàn)勾畫設定軌跡和對設定軌跡的搜尋功能，并能實時的顯示物體中畫筆所在位置坐標。 多圈 電位器 A/D 轉(zhuǎn)換 鍵盤 反射式 光電傳感器 控 制 器 顯示 驅(qū)動 電機 驅(qū)動 顯示 直 流 電 機 5 基于以上分析，擬選用方案二。 L298N 芯片可以驅(qū)動兩個二相電機， 輸出電壓最高可達 50V，可以直接通過電 源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的 IO 口提供信號。 LCD 有明顯的優(yōu)勢：工作電流比 LED 小幾個數(shù)量級，故其功耗很低；尺寸小，厚度約為 LED 的 1/3；字跡清晰、美觀、使人感覺舒服；壽命長，使用方便。 圖 13 反射式光電判讀器 針對本課題，應該選擇主動式紅外反射傳感器，其驅(qū)動方式可以分為直流直接驅(qū)動方式與交流調(diào)制方式。由于探測模塊要安裝在繩子牽引的物體上，所以傳感器部分與主機的信號傳輸就成了一個大問題。 方案三：采用有線傳輸 。與擁有 110 多條指令的 51 系列相比， MSP430 僅有 27 條，大大簡化了繁瑣的指令區(qū)分。用中斷請求將 CPU 喚醒只需要 6μs。視型號不同可能組合有以下模塊：看門狗（ WDT），模擬比較器 A，定時器 A（ Timer_A），定時器 B（ Timer_B），串口 0，1（ USART0， 1），硬件乘法器，液晶驅(qū)動器， 10/12/14 位 ADC， 12 位 DAC， I2C總線， 直接內(nèi)存訪問 （ DMA），端口 1～ 6（ P1～ P6），基本定時器（ Basic Timer）等。另外， MSP430 系列單片機均為工業(yè)級器件，運行溫度范圍為 40～ +85176。其他系列單片機的開發(fā)一般需要專用的仿真器或編程器 [11]。它既有高級語言 的 特點，又具有匯編語言 11 的特點。隨著軟件規(guī)模的擴大和復雜化，人們體會到在整個軟件生命周期中，程序不僅僅要被計算機理解和執(zhí)行，還要經(jīng)常被人閱讀。設繩索位移 1mm對應的AD 變化值為 P，而根據(jù) c， d 的絕對值來確定電位器 1，電位器 2 所要變化的值： 電位器 1 所分配的數(shù) 值 m： *m c p? （ 27） 電位器 2 所分配的數(shù)值 n： *n d p? （ 28） 13 圖 21 點到點運動示意圖 由此，利用軟件實現(xiàn)以上算法來分別控制兩個步進電機的 步進 a， b， 這樣就可以向控制系統(tǒng)輸入起點坐標和終點坐標讓物體在畫板置任意行走。 菜單程序的設計 我們僅利用六個鍵就實現(xiàn)了對 這個復雜系統(tǒng)的自動控制，這是因為我們設置了豐富的模式，具體模式如表 21 所示： 表 21 菜單鍵模式 Mode=1 按 Enter：執(zhí)行 Fun1 Mode=2 按 Enter：畫圓 Mode=3 按 Enter：到達鎖定點 Mode=4 左電機微調(diào) Mode=5 右電機微調(diào) Mode=6 圓心 x 調(diào)節(jié) Mode=7 圓心 y 調(diào)節(jié) Mode=8 dst_x 調(diào)節(jié) Mode=9 dst_y 調(diào)節(jié) 誤差補償 為了使運動軌跡更加平滑，采用脈沖寬度調(diào)制技術控制直流電機驅(qū)動芯片 L298，以實 現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)進行快速而準確的控制，設電機 1 所運行的線值為 n,電機 2 所運行的線值為 m，則輸出到電機 1 和電機 2 的定時器初值比例為 n/m，這樣可使電機 1 和電機 2 同步到達目標點。 開始 計算圓上的 點 調(diào)用定點子程序 畫完否 ? 返回 18 圖 25 循跡子程序流程圖 液晶屏對運動物體坐標實時顯示的實現(xiàn) 在 物體的運動過程中，單片機 1 精確地計算出物體的坐標，并每隔一段時間向開始 初始化 偏離黑線否？ 糾偏，使傳感器回到黑線內(nèi) 沿四十五度方向移動 偏離黑線？ 計數(shù)器加一 累加到 50 次？ 調(diào)用斷點 子程序 返回 19 單片機 2 傳輸一次物體的坐標信息，由單片機控制液晶屏顯示。因為我們知道，一個脈沖只能使步進電機走一步，其具體過程如下圖 28 如示： 圖 28 浮點型控制方法 三角計算求解卷 線線 求解卷線 浮點步進比例計算 左電機浮點步進角計算 步進角計算 右電機浮點數(shù) 步 進角走完 21 3*3 點陣反射式紅外光電傳感器實現(xiàn)循線 對于本課題揮部分 運動物體的循線，我們進行了仔細的分析，我們?yōu)?，本要求雖然屬于循線，但不同于前幾年的循線小 車，難度更加的大，為了實現(xiàn)更精確的控制，我們采用了 3*3 點陣反射式紅外光電傳感器實現(xiàn)循線。 22 3 系統(tǒng)調(diào)試 與數(shù)據(jù)記錄 測試指標 設計題目所要求的各基本功能和發(fā)揮部分進行分項測試。在調(diào)試過程中， 如 發(fā)現(xiàn) 類似 端口配置出現(xiàn)錯誤 、 中斷結(jié)束沒有清零進入死循環(huán) 、發(fā)送地址與接收地址不匹配等 問題 后 ，必須 進行單步調(diào)試。經(jīng)測試所畫圓的最大軌跡誤差為 ，所用時間 為 。 25 表 36 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 功能 實現(xiàn)情況 實際性能 基本 要求 任意設定坐標點參數(shù) 實現(xiàn) 實現(xiàn)通過觸摸屏，在人性化的菜單提示下任意設定坐標點參數(shù) 在 80cm100cm 坐標紙上作自行設定的運動 實現(xiàn) 時間 150s 誤差 5mm 在 80cm100cm 坐標紙上，完成自行設定的階梯軌跡、直線軌跡和拋物線軌跡運動 圓心任意設定，直徑50cm的圓周運動 實現(xiàn) 誤差 =1cm 可作圓心任意設 定、直徑也可任意設定（包括 50cm）的圓周運動 原點到點運動 實現(xiàn) 時間 100s 可作坐標紙上原點到任意點運動 發(fā)揮 部分 顯示懸掛物中畫筆所在位置的坐標 實現(xiàn) 可在點陣式液晶屏上顯示懸掛物中畫筆所在位置的坐標 沿連續(xù)黑色曲線段運動 實現(xiàn) 時間 120s 偏差 1mm 尋跡偏差小，響應時間短 沿間斷黑色曲線段運動 實現(xiàn) 時間 120s 偏差 1mm 尋跡偏差小，響應時間短 其它 局部閉環(huán)修正 26 結(jié) 論 本系統(tǒng)采用 MSP430F1611 單片機作為懸掛控 制系統(tǒng)的檢測和控制 核心，實現(xiàn)通過人機界面對物體所作運動進行設定 ,并在 LCD上 實時顯示此時畫筆所在的坐標值；系統(tǒng)具有可畫出相應的運動軌跡功能。 27 參考文獻 [1] 潘新民 ． 單片微型計算機實用系統(tǒng)設計 ． 北京： 人民郵電出版社 ， 1992： 8819. [2] 全國大學生電子設計競賽組委會 .第五屆全國大學生電子設計競賽獲獎作品選 編 ． 北京： 北京理工大學出版社 ， 20xx： 142145． [3] 陳杰 ． 傳感器與檢測技術 ．北京 ： 高等教育出版社 ， 20xx. [4] 沙占友 ． 單片機外圍電路設計 [M]． 北京：電子工業(yè)出版社 , 20xx： 1922. [5] 何立民 ． MCS51 系列單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術 ． 北京 ： 北京航空航天大學出版社， 1990： 8183. [6] 孫育才 ． ATMEL 新型 AT89S51 系列單片機及其應用 ． 北京 ： 清華大學出版社，20xx： 177178. [7] 李寧 ． 運動控制系統(tǒng) [M]． 北京 ： 高等教育出版社， 20xx. [8] 賈金玲 ． 單片機原理及應用 . 成都； 電子科技大學出版社， 20xx： 113114. [9] 張曦 ． MSP430 系列單片機實用 C 語言程序設計 ． 北京 ： 人民郵電出版社 ， 20xx． [10] 秦龍． MSP430 系列單片機系統(tǒng)開發(fā)典型實例．北京 ： 電子工業(yè)出版社 ， 20xx：2526. [11] 魏小龍． MSP430 系列單片機接口技術及系統(tǒng)設計．北京：人民郵電出版社，20xx： 4448. [12] 王志強 ． 步進電機應用技術 ． 北京：北京科學出版社， 20xx．