基于步進(jìn)電機(jī)的自動平衡系統(tǒng)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-在線瀏覽
2024-09-11 12:42本頁面
【正文】 二、系統(tǒng)功能 ......................................................... 20 第六章 總結(jié) ............................................................ 21 致謝 .................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ................................................................ 23 附錄 A 程序清單 ......................................................... 24 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第一章 前言 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的控制電機(jī)。本設(shè)計(jì)針對目前各個領(lǐng)域?qū)ψ詣踊男枰?，采?STC89C51單片機(jī)與 L297， L298N驅(qū)動芯片驅(qū)動多臺步進(jìn)電機(jī)同時獨(dú)立工作，將它應(yīng)用于各種復(fù)雜的控制領(lǐng)域，能使許多半自動控制的系統(tǒng)完全成為真正的全自動，特別是用在機(jī)器人等領(lǐng)域，能極大的提高生產(chǎn)力和降低勞動強(qiáng)度。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 一、實(shí)現(xiàn)方法與框架 （一）實(shí)現(xiàn)方法 本題要求做一個單擺，擺桿不得受重力以外的任何外力控制，在單擺被給任意 角度后，做自由擺動，期間，單擺下部的平板時刻保持與水平面平衡。 （二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架 本設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)能能控制步進(jìn)電機(jī)的起 /停、轉(zhuǎn)向、加 /減速和位置控制。單片機(jī)主要完成脈沖的分配，使步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，通過程序設(shè)定，從單片機(jī)的 I/O 口輸出一系列有規(guī)律的脈沖信號；由于直接輸出的脈沖信號驅(qū)動功率有限，很難直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以必須經(jīng)過驅(qū)動器進(jìn)行脈沖放大，本設(shè)計(jì)采用的 L297 與 L298N 芯片能解決這個問題，它可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)。 二、控制器模塊 方案一 ：采用 ATMEL 公司的 STC89C52RC。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 方案二 ：采用 8 位 ST62T 系列 ， ST6 系列一直以來都是面向簡單強(qiáng)勁的成本敏感型應(yīng)用的安全并受到廣泛歡迎的選擇，其中包括家庭應(yīng)用、數(shù)字消費(fèi)類設(shè)備和電機(jī)控制。 根據(jù)本題的要求，我們選擇第一種方案 三、角度檢測模塊 角度檢測模塊在這個系統(tǒng)中起到了絕對重要的作用，由于 單擺的過程中角度的變化以及變化的速度都是不同的，為了讓步進(jìn)電機(jī)跟隨單擺而不停的改變平板的角度實(shí)現(xiàn)平板與水平面齊平。線性度 177。%。C） 。輸出信號 420 mA （另有 05V/010V 輸出可選），工作電壓 1224V DC，線性度 177。%，177。C） ，溫度系數(shù) 400ppm/176?！?30， 60， 90， 180， 300， 345176。 方案三 ：采用自己制作的由一個 47KΩ 的電位器加一個電壓跟隨器，型號 OP177和 ADC0832 組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。 四、角度調(diào)整模塊 方案一 ：選用步進(jìn)電動機(jī)調(diào)整傾斜角度，使平臺平衡，步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。 在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降。 運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)，需要與伸縮桿連用，步進(jìn)電機(jī)控制伸縮桿伸縮來達(dá)到調(diào)整角度的目的。但偏心輪的缺點(diǎn)是不善于傳遞動力。 舵機(jī)的控制信號是一個脈寬調(diào)制信號，因?yàn)樵诿}沖信號的輸出可以用定時器的溢出中斷函數(shù)來處理，時間很短，因此在精度要求不高的場合可以忽略。題 目中對于角度精度的要求是 3176。范圍之內(nèi)。舵機(jī)的速度決定于給予它的信號脈寬的變化速度。 因此，我們選擇方案三。 方案二 ：電池組供電，可提供 800mAh 電流，重量很輕。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三章 電路硬件設(shè)計(jì) 一、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) （一） L297 與單片機(jī)接口圖 （二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 L297加驅(qū)動器組成的步進(jìn)電機(jī)控制電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：使用元件少，組件的損耗低，可靠性高體積小，軟件開發(fā)簡單，并且計(jì)算機(jī) (或單片機(jī) )硬件 費(fèi)用大大減少。 下 圖為 L297和 L298組成的控制驅(qū)動器的線路圖。相位是由內(nèi)部產(chǎn)生的，因此可減輕計(jì)算機(jī) (或單片機(jī) )和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。 系統(tǒng)的總電路設(shè)計(jì)如下圖所示，此電路由 STC89C5 L29 L298N、 4 相 4 拍步進(jìn)電機(jī)器以及相關(guān)的電路組成。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 二、角度傳感器 采用自己制作的由一個 47KΩ 的電位器加一個電壓跟隨器（型號 OP177）和ADC0832 組合單擺的軸承，通過電壓的改變來確定單擺擺過平衡位置的角度。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時使用并與單片機(jī)的接口是雙 向的，所以在I/O 口資源緊張時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第一個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。 四、硬件支架圖 設(shè)計(jì)并制作一個自由擺上的平板控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu) 下 圖所示。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 五、單片機(jī)最小系統(tǒng) （一）單片機(jī)主模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng) ,或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng) .對 51 系列單片機(jī)來說 ,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、 電源、 晶振電路、復(fù)位電路 .下面給出一個 51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)電 路圖。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機(jī)器 周期以上高電平有效時為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作，復(fù)位后，單片機(jī)從新開始執(zhí)行程序。該電容選擇 30pF。當(dāng)接低電平時 ,復(fù)位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行 .因此可以看出 ,其實(shí)要熟悉 51 單片機(jī)的 40 個引腳功能也很容易 ， 總共 40 個腳 ,電源用 2 個 (Vcc 和 GND),晶振用 2 個 ,復(fù)位 1 個 ,EA/Vpp用 1 個 ,剩下還有 34 個 .29 腳 PSEN,30 腳 ALE為外擴(kuò)數(shù)據(jù) /程序存儲器時才有特定用處 ,一般情況下不 用考慮 ,這樣 ,就只剩下 32 個引腳 ,這 32 個引腳就是要經(jīng)常跟它們打交道的了 .它們是 : P0 端口 ~ 共 8 個 P1 端口 ~ 共 8 個 P2 端口 ~ 共 8 個 P3 端口 ~ 共 8 個 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （二） 通訊模塊 MAX232 芯片引腳結(jié)構(gòu)和外圍電路連接如圖所示： 本系統(tǒng)采用 MAX232 實(shí)現(xiàn) TTL 電平與 RS232 電平的轉(zhuǎn)換。所以，采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V 電源就可以了。按照芯片資料，此處選用 的非極性瓷片電容來設(shè)計(jì)電路，在具體設(shè)計(jì)電路時，這四個電容要靠近 MAX232芯片，以提高抗干擾能力。 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時從 PC 機(jī)串口座的第 3 腳 TXD 端發(fā)出數(shù)據(jù)，再逆向流向單片機(jī)的 RXD 端 接收數(shù)據(jù)。芯片內(nèi)的 PWM 斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。 L297的芯片引腳 特別緊湊，采用雙列直插 20腳塑封封裝，其 引腳 見 下 圖。變換器
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