【文章內(nèi)容簡介】 51單片機(jī) 增量式編碼器 2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 電機(jī) 旋轉(zhuǎn)臂 擺桿 4 程序與電路的設(shè)計(jì) 11 計(jì) 程序功能描述與設(shè)計(jì)思路 根據(jù)本設(shè)計(jì)方案要求 [11]，該系統(tǒng)程序的任務(wù)如下：對(duì)擺桿位置進(jìn)行檢測(cè)的編碼器 1的輸入信號(hào)進(jìn)行方向的辨別和計(jì)數(shù)，根據(jù)擺桿的擺動(dòng)角度發(fā)出的信號(hào)來控制 PWM 波進(jìn)而控制脈沖寬度實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)調(diào)速的控制 [12]，同時(shí)又接受外部計(jì)數(shù)器對(duì)旋轉(zhuǎn)臂速度檢測(cè)反饋回來的信息。綜合兩個(gè)反饋信息，根據(jù)物理模型得到的減速直流電機(jī)控制電壓計(jì)算公式，控制電機(jī)給擺桿一個(gè)適當(dāng)?shù)募铀俣?，但?duì)于 不同的控制算法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能也是可以的，例如起振，圓周運(yùn)動(dòng)，倒立平衡等。 程序流程圖 圖 43 主程序與子程序框圖 開始 檢測(cè)按鍵 按下按鍵 2 按制擺桿倒立平衡狀態(tài) 按下按鍵 2 輸 出 控制 信號(hào) 調(diào) 節(jié)電 機(jī)電壓正反饋 按下按鍵 4 按下按鍵 3 使擺桿起振達(dá)到倒立平衡狀態(tài) 擺桿保持倒立平衡且旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn) 白城師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 否 是 圖 44 “ 起擺做圓周運(yùn)動(dòng)” 子程序流程圖 否 是 圖 45“起擺并達(dá)到倒立 平衡狀態(tài)”子程序流程圖開始 檢測(cè)擺桿角度 查表計(jì)算電機(jī)加速度并輸出控制信號(hào) 相鄰兩次檢測(cè)到的擺桿速度是否反號(hào)或一次為 0 查表計(jì)算電機(jī)加速度并輸出反方向的控制信號(hào) 結(jié)束 開始 檢測(cè)擺桿角度 計(jì)算加速度并發(fā)出控制信 號(hào) 是否接近 180平衡位置 計(jì)算加速度 測(cè)量旋轉(zhuǎn)臂的速度 給出控制信號(hào) 5 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果分析 13 5 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 分析 硬件軟件 的調(diào)試 [13]，通過 STC 下載軟件線連接單片機(jī)，以便于在程序執(zhí)行后實(shí)時(shí)觀測(cè)控制算法中多個(gè)變量，如擺桿擺動(dòng)的角度，擺桿的方向，電機(jī)的速度以及加速度等。 通過開關(guān)來選擇不同程序的運(yùn)行，以達(dá)到不同的功能。相互功能之間沒有任何的干擾。在實(shí)現(xiàn)其它功能的時(shí)候需要將單片機(jī)復(fù)位并重新運(yùn)行程序。并記錄下每次實(shí)現(xiàn)不同功能的指標(biāo)。 測(cè)試條件與儀器 測(cè)試條件： 支架水平放置于桌面上，保證擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)，除電機(jī)外無其他外力對(duì)擺桿造成干擾（空 氣阻力，摩擦力等不算在內(nèi)）。 測(cè)試儀器： 直流穩(wěn)壓電源， 數(shù)字示波器，數(shù)字萬用表 ，秒表，量角器。 測(cè)試結(jié)果及分析 測(cè)試結(jié)果 (數(shù)據(jù) ) 測(cè)試功能一，擺桿起振測(cè)試擺桿在起振時(shí)擺桿擺動(dòng)的角度大于 60 度的時(shí)間。測(cè)試參數(shù)如表 51 所示。 表 51 擺桿起振測(cè)試 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 擺動(dòng)幅度（度） 60 60 60 60 60 60 擺動(dòng)時(shí)間（ s） 2 1 4 3 3 4 測(cè)試功能二，擺桿完成圓周運(yùn)動(dòng)，以完整的完成一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試參數(shù)如表 52 所示。 表 52 擺桿完成 圓周運(yùn)動(dòng) 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 完成時(shí)間（ s） 2 2 2 2 1 2 1 1 測(cè)試功能三，擺桿擺動(dòng)到倒立平衡狀態(tài)并保持 5s 以上，且旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不大于 90 度的測(cè)試效果。測(cè)試參數(shù)如表 53 所示。 白城師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 表 53 擺桿擺動(dòng)到倒立平衡 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 保持時(shí)間（ s） 2 3 2 3 2 4 3 2 旋轉(zhuǎn)臂最大轉(zhuǎn)動(dòng)角（度） 90 90 90 90 90 90 90 90 測(cè)試功能四，從擺桿處于自然下垂?fàn)顟B(tài)開始， 控制旋轉(zhuǎn)臂做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，盡快使擺桿擺起倒立，保持倒立時(shí)間不小于 10s。測(cè)試參數(shù)如表 54 所示。 表 54 擺桿自然下垂到擺動(dòng)到倒立并保持的時(shí)間表 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 擺起時(shí)間（ s） 2 3 1 2． 5 1 4 保持時(shí)間（ s） 10 10 0 10 10 10 10 10 測(cè)試功能五，在擺桿保持倒立狀態(tài)下，施加干擾后擺桿能繼續(xù)保持倒立或 2s 內(nèi)恢復(fù)倒立狀態(tài)。測(cè)試參數(shù)如表 55 所示。 表 55 擺桿在倒立狀態(tài)下施加干擾后繼續(xù)保持平衡表 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 能否保持 能 能 否 否 能 否 能 否 恢復(fù)時(shí)間（ s） 2 3 4 3 3 4 5 4 測(cè)試功能六，在擺桿保持倒立狀態(tài)的前提下，旋轉(zhuǎn)臂做圓周運(yùn)動(dòng)，并盡快使單方向轉(zhuǎn)過角度達(dá)到或超過 360 度。測(cè)試參數(shù)如表 56 所示。 表 56 在倒立狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn) 360 度 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)過 360 度時(shí)間（ s） 5 5 5 5 5 5 5 5 測(cè)試分析與結(jié)論 根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)， 該系統(tǒng)基本上能夠達(dá)到旋轉(zhuǎn)倒立平衡的狀態(tài)但由于機(jī)械結(jié)果的原因有一些誤差 ，由此 可以得出以下 結(jié)論 ： 電機(jī)的性能不是很理想，聯(lián)軸器有些松動(dòng)，長時(shí)間運(yùn)行兩者有些脫節(jié)，起振達(dá)到平衡很困難， 雙環(huán)控制需要時(shí)間上的配合，加入的時(shí)間和參數(shù)很重要。 好的硬件電路時(shí)成功的奠基石。 綜上所述，本設(shè)計(jì) 基本 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。結(jié)論 15 結(jié)論 我的論文設(shè)計(jì)研究的是基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)倒立單擺及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是一種以單片機(jī) STC89C51 為控制中心，以旋轉(zhuǎn)編碼器和直流減速電機(jī)以及 AD/DA 轉(zhuǎn)換模塊為控制單元的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)，再結(jié)合 PWM 控制的 PID 算法設(shè)計(jì) ， 并且該設(shè)計(jì)系統(tǒng)在選擇 各種模塊時(shí)經(jīng)過了一系列的計(jì)算和測(cè)試最終選擇了增量式旋轉(zhuǎn)編碼器 、 直流減速電機(jī) 、 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 、 AD/DA 轉(zhuǎn)換模塊 為控制單元 ， 在程序調(diào)試的過程中最終選擇 PID 算法 是因?yàn)樵撍惴刂七^程中，比例環(huán)節(jié)快速響應(yīng)，積分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)基本無靜查，微分環(huán)節(jié)減少過調(diào)，加快動(dòng)態(tài)的響應(yīng)。在硬件設(shè)備上我們主要采用了鋼板作為底座和中空的碳纖維作為擺桿 。 最后通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該旋轉(zhuǎn)倒立擺的控制系統(tǒng)可以獲得良好的控制目的，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上也有很大的幫助。 參考文獻(xiàn) 16 參考文獻(xiàn) [1] 張炎主編 . 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) . 北京：高等教育出版社 , . 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[13] 劉經(jīng)燕 . 測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用 [M]. 廣州：華南理工大學(xué)出 版社 , 2021. 致謝 17 致謝 經(jīng)過近三個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在這里首先要感謝我的指導(dǎo)教師李罡老師還有學(xué)院各位領(lǐng)導(dǎo)、老師，是你們的諄諄教誨和嚴(yán)格要求，讓我在四年中無論是在技能、知識(shí)還是做人上都有了更深一步的認(rèn)識(shí)，為以后的生活和事業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 育我成才者老師者也，這篇論文是在李老師的悉心指導(dǎo)與鼓勵(lì)下完成的。李老師為我提供了良好的實(shí)驗(yàn)條件，在申請(qǐng)和展開項(xiàng)目、撰寫論文等方面提供了很多專業(yè)行的指導(dǎo)。李老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)和誨人不倦的高尚師德，都深深地感染和鼓勵(lì)著 我。 伴我成長者同學(xué)者也，感謝 11 級(jí)機(jī)械學(xué)院的同學(xué)們，四年來是你們讓我的大學(xué)生活更加充實(shí)，更加豐富多彩，我們一起親歷了大學(xué)別樣生活，愿同窗友誼長存。 白城師范學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 附 件 1： 系統(tǒng)電路原理圖 致謝 19 您好，為你提供優(yōu)秀的畢業(yè)論文參考資料，請(qǐng)您刪除以下內(nèi)容， O(∩_∩)O 謝謝！?。 national survey was recently launched to evaluate the eye health of Chinese children June 6, China39。s annual National Day for Eye Care, the China Youth Development ServiceCenter and Zhejiang Medicine, a leading listed Chinese pharmaceutical pany, jointlyannounced the kickoff of the surve about one month, a questionnaire piled by top eye care medical experts in China willbe distributed through multiple online partners, including , as well asthrough offline survey events held in universities, middle schools and primary schools acrossthe report will be released based on the survey statistics and analysis, and most importantly,guidelines for parents and youth on how to care for the eyes and prevent myopia — agrowing problem in China39。s digitized society, will also be attached on the report.Myopia is not only a disease that makes people see things blurrily, but also leads to severeplications, such as glaua (increased pressure within the eyeball), and can causeblindness, said Zhou Yuehua, an established eye care specialist with Beijing TongrenHospital.It is very important for parents and children to know about the risk and care for