【正文】 經(jīng)過四個多月的努力， 基本實現(xiàn)了課題的各方面 要求。針對這些問題，采用了軟硬件結(jié)合的調(diào)試方式，在盡量減少硬件誤差的前提下，通過軟件彌補硬件誤差。 系統(tǒng) 還采用了靈活算法，使物體可以畫一個漸開線，而且精度很高。運動參數(shù)的設定通過無線鍵盤輸入，系統(tǒng)通過比較當前畫筆所在位置與設定位置的差異以及運動類型，控制步進電機完成相應運動 ， 在設計過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件設計的優(yōu)勢，編程靈活方便來滿足系統(tǒng)的要求。因受 場地、實際環(huán)境等條件影響，各參數(shù)測試會因外界影響而略有誤差。 24 表 34 定點運動測量數(shù)據(jù) 序號 設定坐標（ x,y） 實際測量 誤差 /cm 完成時間 /s 其他發(fā)揮 1 ， , ~ 語音提示 2 ， ， ~ 語音提示 3 ， ， ~ 語音提示 循跡運動測試 利用光電測試模塊，由單片機控制物體作任意形狀的尋跡運動，并能判斷間斷線段，表 35 為多次測試的結(jié)果。 表 33 圓周運動測量表 測試次數(shù) / 次 設定圓心坐標（ x,y） 畫筆位置坐標顯示情況 完成時間 /s 完成情況 誤差 /cm 其他發(fā)揮 1 ， 實時顯示 良好 語音提示 2 , 實時顯示 良好 語音提示 3 ， 實時顯示 良好 語音提示 定點運動測試 首先設定物體所要到達的一個點的坐標，控制 物體總左下角原點出發(fā)，在規(guī)定時間內(nèi)較好的完成了題目要求。經(jīng)過多次測試完成良好。 表 32 自行設定運動測量數(shù)據(jù) 測試次數(shù) 1 2 3 行程 /cm 136 136 136 全程 運動 時間 /s 圓周運動測試 首先設定圓心坐標，根據(jù)給定半徑，單片機控制物體運動到畫圓的起始位置，并語音提示開始畫圓。運動距離設定為 136cm，完成時間為 。 測試儀器 使用的儀器設備如表 31 所示。 具體 聯(lián)機調(diào)試過程如下：待完成模擬調(diào)試后選擇： Project→ Options→ Debugger→ Driver→ FET Debugger， 即 選擇聯(lián)機調(diào)試 ，再 用下載線將單片機與電腦連接， 將程序下載到控制芯片 MSP430F1611 中。 軟件 的 仿真 調(diào)試 過程如下 ：程序編寫完成后，先在 IAR Embedded workbench 集成開發(fā)環(huán)境中選擇： Project→Options→Debugger→Driver→ Simulator， 即 選擇模擬調(diào)試。硬件的調(diào)試是基礎，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設計則是無從做起。例如 許多硬件錯誤 都 是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。 本系統(tǒng)的調(diào)試主要包括硬件調(diào)試及軟件調(diào)試兩部分，調(diào)試的工作量比較大。當有多個傳感器檢測 到黑線時，系統(tǒng)控制物體向最靠近十點曲線的方向前進。 圖 29 3*3 點陣反射式紅外光電傳感器 為了處理各傳感器的信息，在程序中建立一個堆棧。在軟件算法中，除了中央的傳感器一定在黑線上之外，其他 8 個傳感器都有可能檢測到黑線。 對于循跡 小車，之所以易于控制，是因為小車可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，這樣只用一排傳感器就可以實現(xiàn)尋線。也就是說，我們所說的半步 , 步都是虛擬計算出來的，并不是步進電機真正地走了半步。如圖 27 所示，虛線為物體想要運動軌跡，而實線為物體實際的運動軌跡，雖然兩者的大體趨勢是相同的，但可以發(fā)現(xiàn)物體發(fā)生了明顯的抖動。 圖 26 液晶屏對運動物體坐標實時顯示的實現(xiàn) 單片機對步進電機的浮點型控制方法 在利用單片機控制步進電機的轉(zhuǎn)動時，我們先后采取了兩套方案，現(xiàn)分別予以介紹： 方案一 ： 每一個脈沖信號控制步進電機轉(zhuǎn)動一個步距角 ，這樣的控制方法易于實現(xiàn)，但也有其突出的缺點。液晶屏對運動物體坐標實時顯示如圖 26 所示。尋跡子程序流程圖如圖 25 所示。 開始 初始化 設置 判斷是否有鍵按下 歸位 定點運動 自設運動 循跡 設置確認否 畫圓 返回 16 圖 23 定點運動子程序流程圖 畫圓子程序 根據(jù)圓的參數(shù)方程的計算圓上點的坐標，通過調(diào)用定點程序來實現(xiàn)，畫圓程序流程圖如圖 24 所示。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖 22 所示： 圖 22 主程序流程圖 定點運動子程序 鍵盤讀入功能鍵和起始坐標值 （ 0x , 0y ） ，將 （ 0x , 0y ） 帶入式 51 和式 52 中計算出 0a 和 0b 。在點到點運行中，假設電機 2 的定時器初值為 t，則電機 1 的定時器初始為 n/m*t，該算法可能會造成電機所運行的路徑為一條曲線，可以讓單片機不斷計算當前點到目標點的距離，不斷改變定時器初值，也可以將直線分成幾個線段來運行，使得所運行軌跡精度更高，直線更平滑 [8]。設單片機發(fā)出的脈沖信號數(shù)為 n,電機移動長度差為 Δl,則有： 200nπd=Δl （ 29） 這樣就實現(xiàn)了位移信息與單片機輸出信號的聯(lián)系，單片機就可以穩(wěn)定且準確地控制物體 [6]。由于步進電機的步距角是 度，也就是說要 14 對步進電機施加 200 個脈沖步進電機才能轉(zhuǎn)一周。 Goto(X,Y)函數(shù)是程序的核心部分，通過它可以實現(xiàn)畫指定圖形、畫圓、到達任意指定點等高級功能。因此物體可以由自行設定的兩點坐標走直線 [2]。 12 點到點運動 結(jié)合圖 21 說明，假設 E （ 0x ， 0y ） ,F ( 1x ， 1y )為給定平面范圍上的任意兩點，作輔助線（圖中虛線部分），在直角三角形 ⊿ ABE 中 0a 為 AE 長 , 2 2 20 0 0( 15 ) ( 11 5 )a x y? ? ? ? （ 21） 在直角三角形 ⊿ CDE 中 0b 為 CE 長 , 2 2 20 0 0( 9 5 ) (1 1 5 )b x y? ? ? ? （ 22） 同理對于 F 點， 1a 為 AF 長 ,1b 為 CF 長 ,則 兩拉線長分別為： 2 2 21 1 1( 1 5 ) (1 1 5 )a x y? ? ? ? （ 23） 2 2 21 1 1( 9 5 ) (1 1 5 )b x y? ? ? ? （ 24） 因此當懸掛物從 E 點運動到 F 點時： 電機 1 的收放線長度為 c（當 c0，電機正轉(zhuǎn)（或拉線伸長）； c0 時，電機反轉(zhuǎn)（或拉線收縮）） 01c a a?? （ 25） 電機 2 的收放線長度為 d（當 d0，電機反轉(zhuǎn)（或拉線收縮），當 d0 時，電機正轉(zhuǎn)（或拉線伸長）） 01d d d?? （ 26） 根據(jù) c， d 的正負分別確定電機 1，電機 2 的正反轉(zhuǎn)向。 位移 /數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法 首先記錄初始 A/D 轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)，再使電機 1 工作，電機 2 停止 ，使電機拖動一載體移位 100cm，再記錄下此期間所變化的 A/D 轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)，由此則直流電機拉動載體位移 1mm 所需的數(shù)據(jù) ,因此，直接可將拉線的位移轉(zhuǎn)化為單片機檢測 A/D轉(zhuǎn)換出來的數(shù)值。多測幾次，取脈沖數(shù)相近的那個脈沖數(shù) z),因此，直接可將拉線的位移轉(zhuǎn)化為送給電機的脈沖個數(shù)。程序編碼的風格是指程 序的易讀性、易理解、易修改性和程序的資料文檔化等。 算法分析 軟件設計原則 程序設計時應遵循以下基本原則：正確性、可靠性、簡明性、有效性、可維護性、可移植性。 C 語言編程 深受開發(fā)人員的青睞。 總的來說， C 語言具有 強大的 繪圖能力 、數(shù)據(jù)處理能力和 可移植性，因此適用于編寫系統(tǒng)軟件 、 二維 或 三維圖形和動畫 ，是 數(shù)值計算的高級語言 并 發(fā)展成為最受歡迎的語言之一 。它可以作為系統(tǒng)設計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序 ，是一種明顯優(yōu)于 其它解釋型高級語言 的語言。 開發(fā)語言的簡介 C 語言是一種計算機程序設計語言。 IAR Embedded Workbench開發(fā)環(huán)境支持 MSP4 MSP430X系列，能產(chǎn)生非常緊湊、高效的代碼，其標