【正文】 這種方式大大提高了系統(tǒng)的精度，被證明是十分成功的方法。在檢測(cè)部分，選擇了雙滑輪來(lái)解決打滑問(wèn)題。 表 35 尋跡測(cè)量數(shù)據(jù) 序號(hào) 連續(xù)線段 循 跡情況 完成時(shí)間 /s 間斷線段 循 跡情況 完成時(shí)間 /s 1 完成 完成 2 完成 完成 3 完成 完成 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 整機(jī)測(cè)試指標(biāo)完全達(dá) 到題目要求，具體見(jiàn)表 36。 表 33 為測(cè)試記錄。表 32 是多次測(cè)試的紀(jì)錄。 經(jīng)過(guò)聯(lián)機(jī)調(diào)試，整個(gè)系統(tǒng)的軟件和硬件能夠正確的運(yùn)行。而 軟件調(diào)試 則 與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān) 。系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是 密切相關(guān)的 ， 兩者密不可分。存儲(chǔ)連續(xù)的十點(diǎn)的位移信息。而對(duì)于此懸掛物體，控制就十分麻煩。 顯示圓心坐標(biāo)位置 到圓心點(diǎn) O 從 0 度開(kāi)始畫(huà) 結(jié)束 轉(zhuǎn)化結(jié)果等于 計(jì)算值否 20 圖 27 物體的不理想運(yùn)動(dòng)軌跡 方案二 ： 浮點(diǎn)型控制方法 ， 所謂浮點(diǎn)型控制方法就是在一定的時(shí)間內(nèi)看起來(lái)物體只走了一個(gè)小數(shù)步，現(xiàn)舉例說(shuō)明：如左電機(jī)要實(shí)現(xiàn)一百步的位移而右電機(jī)只要實(shí)現(xiàn) 60 步的位移，那我們就設(shè)定在一個(gè)單位 時(shí)間內(nèi)左電機(jī)只走半步，而右電機(jī)只走 步，當(dāng)電機(jī)的步數(shù)積累超過(guò) 1 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)才向前真正地邁出一步。此外，液晶屏還擔(dān)負(fù)著顯示控制模式、顯示設(shè)定位置等任務(wù)。 開(kāi)始 計(jì)算當(dāng)前左邊相對(duì)目的坐標(biāo)的位置，計(jì)算出相對(duì)亮點(diǎn)為其所要變化的值 輸出脈沖，啟動(dòng)電機(jī) 自動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)化 結(jié)果等于 計(jì)算值否 返回 17 圖 24 畫(huà)圓子程序 尋跡子程序 通過(guò)判斷傳感器的不同狀態(tài)值，作出相應(yīng)的處理動(dòng)作，當(dāng)遇到斷點(diǎn)時(shí)，多角度檢測(cè)下段的黑線，直到再次檢測(cè)到黑線。 15 程序流程 主 程序流程圖 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用 匯編語(yǔ)言與 C 語(yǔ)言交叉使用，為達(dá)到題目要求的控制精度和響應(yīng)時(shí)間，針對(duì)各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)相應(yīng)的巧妙算法，采用了匯編語(yǔ)言與 C 語(yǔ)言交叉使用。 我們還制作了一個(gè)直徑 d 為 1 厘米的繞線輪。 步進(jìn)電機(jī)控制方法 在設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的控制程序時(shí)，我們首先實(shí)現(xiàn)了左移、右移、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 Goto(X,Y)函數(shù)，使物體能夠到達(dá)設(shè)定的任意點(diǎn)。 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)值決定位移。 脈沖與位移的關(guān)系 位移 /脈沖轉(zhuǎn)換方法：給步進(jìn)電機(jī)一定頻率的脈沖，使電機(jī)拖動(dòng)一 個(gè) 載體移位100cm，記錄下此期間所給脈沖總數(shù) z, 由此則 可計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)拉動(dòng)載體位移 1mm所需的脈沖數(shù) (注意給定的頻率不要太高，否則會(huì)出現(xiàn)丟步。 本系統(tǒng)就是使用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)的軟件程序，通過(guò)單片機(jī)和外部的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。 因此，它的應(yīng)用范圍 非常 廣泛 ，甚至 一些大型應(yīng)用軟件也是用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的 [9]。其具體操作步驟如下： (1) 運(yùn)行 IAR Embedded Workbench集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境； (2) 添加一個(gè)工作區(qū)，并在工作區(qū)中添加一個(gè)項(xiàng)目； (3) 在項(xiàng)目中添加自己的程序代碼，最后編譯，模擬調(diào)試； (4) 將程序下載到單片 機(jī)中，將硬件與軟件一起進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。就是集成了代碼編寫(xiě)功能、分析功能、編譯功能、 DEBUG功能等一體化的開(kāi)發(fā)軟件服務(wù)套。目前比較好用的軟件開(kāi)發(fā)工具是 IAR Workbench。 (4) MSP430 系列單片機(jī) 具有 方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境 。如果晶 10 體振蕩器在用作 CPU 時(shí)鐘 MCLK 時(shí)發(fā)生故障， DCO 會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作。 MSP430 系列單片機(jī)的豐富片內(nèi)外設(shè)，在目前所有單片機(jī)系列產(chǎn)品中式非常突出的，為系統(tǒng) 的單片解決方案提供的極大的方便。 (2) MSP430 系列單片機(jī) 具有豐富的外圍模塊。 MSP430 系列單片機(jī) 具有如 9 下幾點(diǎn)特性： (1) MSP430 系列單片機(jī) 具有 強(qiáng)大的處理能力 。在系統(tǒng)中共有一種活動(dòng)模式（ AM）和五種低功耗模式（ LPM0～ LPM4）。 MSP430 系列單片機(jī)介紹 超低功耗 MSP430 系列單片機(jī)的電源采用 ～ 低電壓，在 RAM 數(shù)據(jù)保持方式下僅耗電 ，其中活動(dòng)耗電 250μA/MIPS（ 每秒 百萬(wàn)條指數(shù)）， I/O 輸入端口的最大漏電流量?jī)H 50nA。 首先， MSP430 系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器統(tǒng)一分布在 0000HFFFFH 地址內(nèi)，不論是FLASH、 RAM 還是 SFR 都在這個(gè)統(tǒng)一地址范圍內(nèi)，而且沒(méi)有可位尋址的內(nèi)存單元，以便用戶查找；而 51 系列則有 idata、 bdata、 xdata、 pdata、 code 等諸多不同的存儲(chǔ)類型，需要使用一系列復(fù)雜的指令來(lái)分別尋址，讓初學(xué)者很難搞清楚這些概念之間的區(qū)別，從而抬高了入學(xué)的門(mén)檻，一定程度上阻礙了其廣泛應(yīng)用 [10]。但有線傳輸穩(wěn)定、可靠，且易于實(shí)現(xiàn)。 紅 外傳輸模塊同樣可以解決有線傳輸對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響問(wèn)題，且結(jié)構(gòu)較無(wú) 線電模塊要簡(jiǎn)單不少。 將無(wú)線傳輸發(fā)射模塊固定在物體上，而將接收模塊安裝在主機(jī)機(jī)箱里。 7 探測(cè)模塊信號(hào)傳輸方式的選擇與論證 循跡傳感器是實(shí)現(xiàn)本課題擴(kuò)展部分，即實(shí)現(xiàn)循跡功能。 直流直接驅(qū)動(dòng)方式裝置簡(jiǎn)單，但檢測(cè)距離和抗干擾能力都比較差。分立元件型發(fā)光管與接受管相互獨(dú)立，用戶在使用時(shí)可以 根據(jù)需要靈活的設(shè)定發(fā)光管與接受管的位置，并可利用棱鏡、透鏡等完成特殊的目的，其缺點(diǎn)是裝置麻煩；透射遮擋型和反射型通過(guò)塑料模具將發(fā)光管與接受管封裝在一起，非常方便用戶使用。 6 紅外探測(cè)器工作方式的選擇與論證 紅外探測(cè)器由于 發(fā)射功率大、抗干擾能力強(qiáng)而在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。 LED 數(shù)碼管亮度高、醒目，但是其電路復(fù)雜，占用資源較多且信息量小。 通過(guò)使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率?；谝陨戏治觯瑪M選擇方案二。 直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ,調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)不同的特殊運(yùn)行要求。使用單片機(jī)也可以完成鍵盤(pán)定義與識(shí)別、電機(jī)工作狀選擇與切換等功能，組成的系統(tǒng)規(guī)模較小，有一定靈活性，而且可以使用我們比較熟悉的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路板，減少了工作量。 用 FPGA/CPLD 完 成鍵盤(pán)定義與識(shí)別、電機(jī)工作狀態(tài)選擇與切換、液晶電路的驅(qū)動(dòng)與控制等功能。 4 系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)總方框圖如圖 12 所示 圖 12 系統(tǒng)總方 框圖 方案的論證與選擇 單片機(jī)的選擇與論證 系統(tǒng)的控制單元是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心部件，起著控制系統(tǒng)所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。 數(shù)學(xué)模型 本設(shè)計(jì)要求懸掛物能夠畫(huà)一個(gè)圓，采用微分曲線直線逼近法。 在 物體 上固定有淺色畫(huà)筆，以便運(yùn)動(dòng)時(shí)能在板上畫(huà)出運(yùn)動(dòng)軌跡。 通過(guò)完成基于 MSP430 單片機(jī)的懸掛系 統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，將自動(dòng)化專業(yè)相關(guān)的理論融會(huì)貫通，理解 MSP430 單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、控制方式，學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，掌握系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的方法，為今后從事相關(guān)領(lǐng)域的研究及技能工作奠定良好的基礎(chǔ)。稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片”解決方案。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控 制變的非常的簡(jiǎn)單。 27 1 緒 論 現(xiàn)代的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)控制等系統(tǒng)中，懸掛運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，在這些系統(tǒng)中懸掛運(yùn)動(dòng)部件通常是具體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，懸掛部件的運(yùn)動(dòng)精確性是整個(gè)系統(tǒng)工作效能的決定因素，因而實(shí)際實(shí)現(xiàn)懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的精確控制具有極其重大的現(xiàn)實(shí)意義。 24 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 22 測(cè)試儀器 21 3 系統(tǒng)調(diào)試與數(shù)據(jù)記錄 15 主程序流程圖 10 算法分析 8 開(kāi)發(fā)環(huán)境的簡(jiǎn)介 8 MSP430 系列單片機(jī)介紹 5 紅外探測(cè)器工作方式的選擇與論證 5 顯示模塊的選擇與論證 5 驅(qū)動(dòng)電路的選擇與論證 2 設(shè)計(jì)要求 I Abstract 本設(shè)計(jì)采用 MSP430F1611單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制， 通過(guò)多圈電位器實(shí)現(xiàn)對(duì)懸掛物位置的精確測(cè)量，并引入局部閉環(huán)反饋控制環(huán)節(jié)對(duì)誤差進(jìn)行修 正 ,以達(dá)到對(duì)物體的控制和對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。 I 摘 要 本次課題設(shè)計(jì)制作了一個(gè)單片機(jī)控制的懸掛系統(tǒng)， 通過(guò)相關(guān) 參數(shù)計(jì)算及 程序 的設(shè)計(jì) ， 使 系統(tǒng) 的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足課題要求。 控制 信號(hào)經(jīng)過(guò) L298驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，完成相應(yīng)的規(guī)定動(dòng)作；同時(shí)用鍵盤(pán)來(lái)控制任意坐標(biāo)點(diǎn)的參數(shù)，并用液晶顯示器顯示懸掛物體中畫(huà)筆所在位置的坐標(biāo)；軟件功能模塊主要完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的位置、速度、方向以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的控制。 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 7 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 8 單片機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 11