【導(dǎo)讀】普及，涉及到了工廠生產(chǎn)線、航空航天和醫(yī)療設(shè)備等系統(tǒng)中。基于單片機(jī)的懸掛運(yùn)。但是在實(shí)際的生產(chǎn)生活中提高基于單片機(jī)的懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精確性具有。雖然憑借不斷改變懸掛部件的繩索長度來控制懸掛部件的運(yùn)動(dòng)軌跡。動(dòng)的時(shí)候顯示運(yùn)動(dòng)物體的位置坐標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為核心控制器來。系統(tǒng)采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298N，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、啟停等多種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。

　　

【正文】 FFH，則單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的程序；若 PC 值超出范圍，單片機(jī)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外程序存儲(chǔ)器的程序。 EA 拉低，單片機(jī)只讀去外部程序存儲(chǔ)器的程序，讀取的地址 0000H~FFFFH，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器不起作用。 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。 單片機(jī)采用外部時(shí)鐘方式時(shí)，外部振蕩器的輸出信號(hào)與 XTAL1 相連接， XTAL2懸空。采用內(nèi)部的振蕩器電路和時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)， XTAL1 通過接入晶振和電容與 XTAL2相連構(gòu)成內(nèi)部時(shí)鐘方式。 Vcc 和 Vss Vcc 接 +5V 電源， Vss 接數(shù)字地。 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。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 上午 晶振 Y1 可以 采用 6MHz 或 ， 一般 情況下可以采用更高頻率的晶振， 晶體振蕩器的 的頻率 對(duì)于 單片機(jī)的 運(yùn)算 處理速度 起決定作用 ， 晶振的 頻率越 快，單片機(jī)的運(yùn)算 處理速度 就 越快。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 的 起振電容 C C3 一般采用 15~33pF。此外，焊接最小系統(tǒng)是需要注意， 電容 盡量靠近 晶振，晶振 盡量遠(yuǎn)離 單片機(jī) 。 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 。其他接口內(nèi)部 包含 有上拉電阻，作為輸出口時(shí)不需外加上拉電阻。 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）。計(jì)數(shù)值 N 乘以機(jī)器周期 Tcy 就 能得到 定時(shí)時(shí)間 t ]22[ 。 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) 。所以 ，直接可將拉線的位移轉(zhuǎn)化為單片機(jī)檢測 A/D 轉(zhuǎn)換出來的數(shù)值。 故 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)值決定位移 ]23[ 。 點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)核心算法 圖 點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)示意圖 15cm b0 a0 15cm 15cm 電機(jī) 1 電機(jī) 2 y x B C D A E(x0,y0) F(x1,y1) a1 80cm 100cm b1 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié)合圖 。 制 作輔助線 BC， 會(huì) 得到兩個(gè)三角形⊿ ABE 和⊿ CDE。根據(jù) 勾股定理 得： a02=(x0+15)2+(115y0)2 （ ） b02=(95x0)2+(115y0)2 （ ） 同理 得到 F點(diǎn)， 兩根繩的拉 線長度 分別為： a12=(x1+15)2+(115y1)2 （ ） b12=(95x1)2+(115y1)2 （ ） 由上得到： 當(dāng) 懸掛物體 從 E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 F點(diǎn) 期間 ： 電機(jī) 1 的 需要 收 起或者 放 出的 線 的 長度為 c（當(dāng) c0，電機(jī)正轉(zhuǎn)； c0 時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)） c=a0a1 （ ） 電機(jī) 2 的 需要 收 起或者 放 出的 線 的 長度為 d（當(dāng) d0，電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng) d0 時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)） d=b0b1 （ ） 根據(jù) c， d 的正負(fù) 就可以 確定電機(jī) 1 和 電機(jī) 2 的 的 轉(zhuǎn)向。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)。在點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)行中，設(shè)電機(jī) 2 的定時(shí) 器初值為 t， 得到 電機(jī) 1的定時(shí)器初始 值 為 n/m*t，該算法 有 可能會(huì)造成電機(jī)所運(yùn)行的路徑為一條曲線， 不僅可以 讓單片機(jī)不斷 的 計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的距離， 來 不斷改變定時(shí)器初值，也可以將直線分成幾個(gè)線段來 分段 運(yùn)行， 從而 使得所運(yùn)行軌跡精度更高，直線更 加 平滑。 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。先 把事先要作的 圓 的圓 周等分為 M等 份， 然后 將 圓周的 每 一 小 段 弧線的兩端用 直線 連起 ， M 的值 越大，曲線就 會(huì) 光滑。 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 v 累加，使 t=q*v 在周期 [t,t+2π ]內(nèi)變化，其中 q 為累加值。這樣就可以采樣 得 到圓上均勻的點(diǎn) 。很 顯然，角度步長 v 越小，在圓周上取得點(diǎn) 就 越多，控制也 就 會(huì)更 加精 確。 程序流程圖 主流程圖 單片機(jī)開發(fā) 設(shè)計(jì) 中除 了 必要的硬件外，軟件 編程是必不可少的 。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 。 程序開始 運(yùn)行 后，先要對(duì)尋跡的光電檢測傳感器 模塊 、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行初始化，然后 掃描鍵盤 判斷設(shè)置鍵或方式鍵是否有按下，以執(zhí)行設(shè)置或 者 幾種方式的程序。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。再從鍵盤讀入終點(diǎn)坐標(biāo)數(shù) 值（ X1， Y1），將其帶入式 和式 中計(jì)算出 a1 和 b1， 從而得到 電機(jī) 1 和電機(jī) 2 的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)位移 的大小 ?？刂齐姍C(jī)進(jìn)行 運(yùn)轉(zhuǎn) 。程序流程圖如 所示。 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 。首先通過式 和 運(yùn)算出圓周上各點(diǎn) 的坐標(biāo) ，再 通過 調(diào)用定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)子程序進(jìn)行執(zhí)行。 畫圓程序流程圖如圖 所示。 N Y 開始 計(jì)算當(dāng)前坐標(biāo)相對(duì)目的坐標(biāo)的位置，并計(jì)算出兩電位器所要變化的值及 PWM比例 輸出 PWM 脈沖啟動(dòng)電機(jī) 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)果等于計(jì)算值否 返回 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 畫圓子程序流程圖 尋跡子程序 尋跡 原理 示意圖如圖 所 示， 單片機(jī) 通過判斷 4個(gè)傳感器的不同 工作 狀態(tài)，從而 作出相應(yīng)的處理動(dòng)作。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。當(dāng)傳感器都回到黑線內(nèi)時(shí)， 控制物體 繼續(xù)沿 45176。角進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)遇到 黑線的 斷點(diǎn)時(shí)，多角度檢測下段的黑線 的起點(diǎn) ，直 到再次檢測到黑線 為止 。 尋跡流程圖如圖 所示。 圖 尋跡示意圖 Y 開始 計(jì)算圓上的點(diǎn) 調(diào)用定點(diǎn)子程序 畫完否 返回 N 傳感器 2 傳感器 3 傳感器 4 傳感器 1 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 尋跡子程序流程圖 N N Y Y 開始 糾偏，使傳感器回到黑線內(nèi) 沿 45176。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。通過 建立 所需 要的 運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的參數(shù)方程， 進(jìn)而簡化 建立運(yùn)動(dòng)控制模型， 依 照算法對(duì)兩組 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制， 從而 實(shí)現(xiàn)了懸掛物體在給定的范圍內(nèi)的定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、圓心可任意設(shè)定的圓周運(yùn)動(dòng)等功能， 而通過紅外檢測模 塊和鍵盤模塊 完成了 通過人機(jī)界面對(duì)物體 的 運(yùn)動(dòng) 軌跡 進(jìn)行設(shè)定， 并且 通過 LED 顯示 模塊來 實(shí)時(shí)顯示 物體 所在的坐標(biāo)值 要求。 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。本系統(tǒng) 是 以單片機(jī)為核心 控制器 ，由 步進(jìn) 電機(jī) 、 驅(qū)動(dòng)電路等 組成 執(zhí)行設(shè)備，結(jié)合電源模塊、 4*4 鍵盤及 LED 顯示屏 等模塊 構(gòu)成的懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 。 本系統(tǒng) 是 以 AT89C52 來完成核心 控制。采用 L298N 驅(qū)動(dòng)芯片和 PWM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn) 控制。在 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過程中， 考慮到成本問題便 力求硬件電路簡單 使用 ， 同 時(shí)充分發(fā)揮軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，編程靈活方便 進(jìn)而 來滿足系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 的要求。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 還可 以 利用上位機(jī)軟件（例如組態(tài)王軟件） 來 進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬顯示和控制 。 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。 考慮到 掌握 的 知識(shí) 水平有限 ， 沒能夠 采用更 加 高端的 電機(jī) 控制 算法 ，但從 原理 基本上完成了 系統(tǒng)要求 中所有的基本功能 。 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。 湖北理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 致 謝 花費(fèi)了將近半年的時(shí)間來完成基于單片機(jī)的懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)制作過程中遇到了無數(shù)的問題和疑點(diǎn)，但是都在我同學(xué)和老師的幫助下一一解惑。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。同時(shí)，圖書館的資料對(duì)我的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的幫助，非常感謝學(xué)校的圖書館管理老師，在此，向幫助過我的各位老師和同學(xué)表示心中最衷心的感謝！ 感謝 本 篇論文所涉及到的各位學(xué)者 、老師和教授 。本 論文 引用了數(shù)位學(xué)者 老師的 研究文獻(xiàn) 資料。 感謝我的同學(xué) 、老師 和朋友，在我寫論文的過程中給予了很多 論