畢業(yè)論文--電磁運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目 電磁運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　院 別 電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　班 級(jí)

2、 智能電子11 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)STC89C52RC為核心，通過(guò)對(duì)電磁鐵線圈內(nèi)電壓的控制，改變電磁鐵的磁場(chǎng)力的大小，實(shí)現(xiàn)擺桿按指定的擺角和周期擺動(dòng)。采用SYD35D4角度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)擺桿擺角信號(hào)的采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器MAX1113轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送至單片機(jī)STC89C52RC進(jìn)行處理

3、，用L298N作為驅(qū)動(dòng)電路，使達(dá)到控制擺角和周期。該設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)方案、硬件電路圖和軟件流程圖的設(shè)計(jì)，并通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，并用LCD顯示預(yù)置擺角、預(yù)置周期，實(shí)時(shí)顯示了測(cè)量擺角、測(cè)量周期。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電磁控制；角度傳感器；擺角；周期</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　T

4、his design STC89C52 microcontroller as the core , through control of the solenoid Coil currents, changing the size of the magnetic force of electro-magnet, swing by electromagnetic control at a specified angle and period

5、ic oscillations. Rocker swing angle of using the SYD35D4 angle sensor to signal acquisition, the a/d converter MAX1113 converts digital signals sent to a MCU STC89C52, and L298N as a driver in order to control the swing

6、angle and cycles. System solutions, the design of hardware </p><p>　　Keywords: STC89C52 microcontroller，electromagnetic control，angle sensor，swing angle，period</p><p><b>　　目錄</b><

7、/p><p><b>　　任務(wù)書1</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　前 言1</b&

8、gt;</p><p>　　第1章．方案設(shè)計(jì)與論證2</p><p>　　1.1 電磁控制系統(tǒng)方案3</p><p>　　1.2轉(zhuǎn)角采集方案3</p><p>　　1.3驅(qū)動(dòng)及控制方案4</p><p>　　1.4 主控系統(tǒng)的方案4</p><p>　　1.5系統(tǒng)總體方案4</

9、p><p>　　第2章．系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 單片機(jī)STC89C52RC6</p><p>　　2.2 L298N簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.3電磁鐵控制模塊7</p><p>　　2.3.1 電磁鐵電流控制的分析8</p><p>　　2.3.2 數(shù)字PID

10、控制算法的計(jì)算8</p><p>　　2.4角度傳感器9</p><p>　　2.4.1角度測(cè)量原理9</p><p>　　2.4.2角度測(cè)量算法10</p><p>　　2.4.3角度測(cè)量電路10</p><p>　　2.5 A/D轉(zhuǎn)換電路11</p><p>　　2.6 鍵盤電路

11、11</p><p>　　2.7 聲光提示電路12</p><p>　　2.8 LCD顯示電路12</p><p>　　2.9 電源電路13</p><p>　　第3章．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 程序功能描述與設(shè)計(jì)思14</p><p>　　3.1.1程序功能描述

12、14</p><p>　　3.1.2程序設(shè)計(jì)思路14</p><p>　　3.2 程序流程圖14</p><p>　　3.2.1主程序流程圖14</p><p>　　3.2.2角度控制子程序流程圖14</p><p>　　第4章．系統(tǒng)測(cè)試17</p><p>　　4.1 測(cè)試儀器與方

13、法17</p><p>　　4.2 角度測(cè)量17</p><p>　　4.3停止時(shí)間的測(cè)量17</p><p>　　4.4 測(cè)試結(jié)果與分析17</p><p><b>　　結(jié)論19</b></p><p><b>　　致謝20</b></p>&l

14、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p>　　附錄：硬件電路圖23</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)電磁控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，該裝置由電磁控制裝置、擺桿等部分構(gòu)成。按下啟動(dòng)按鈕，由靜止點(diǎn)開始，控制擺桿擺動(dòng)。并且控制擺桿在指定的擺角（10°～45°

15、;范圍內(nèi)）連續(xù)擺動(dòng)，按指定周期控制擺桿連續(xù)擺動(dòng)。通過(guò)電磁控制方式,設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)周期性運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)幅度(擺角)和周期(頻度)的控制?？刂坪诵牟捎肧TC89C52RC,電磁驅(qū)動(dòng)器采用L298N,角度檢測(cè)采用SYD35D4角度傳感器,顯示采用LCD12864。通過(guò)PWM調(diào)速來(lái)控制線圈電流大小調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度,從而實(shí)現(xiàn)單擺擺動(dòng)擺角和周期的控制。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格便宜、能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)速。</p><p>

16、;　　第1章．方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　本題目是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)擺桿控制系統(tǒng)，通過(guò)電磁控制裝置，調(diào)節(jié)擺桿擺角的大小，如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 擺桿控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　根據(jù)題目的要求，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題主要有：</p><p>　?。?）按下啟動(dòng)按鈕，由靜止點(diǎn)開始，控制擺桿擺動(dòng)。</p&g

17、t;<p>　?。?）由靜止點(diǎn)開始，控制擺桿在指定的擺角（10°～45°范圍內(nèi)）連續(xù)擺動(dòng)，擺動(dòng)擺角絕對(duì)誤差≤5°，響應(yīng)時(shí)間≤15s。</p><p>　?。?）由靜止點(diǎn)開始，按指定周期（0.5s～2s范圍內(nèi)）控制擺桿連續(xù)擺動(dòng)，擺動(dòng)周期絕對(duì)誤差值≤0.2s，響應(yīng)時(shí)間≤15s。</p><p>　?。?）在擺桿連續(xù)擺動(dòng)的情況下，按下停止按鈕，控制擺桿

18、平穩(wěn)地停在靜止點(diǎn)上，停止時(shí)間≤10s。</p><p>　?。?）擺桿擺角幅度能在10°～45°范圍內(nèi)預(yù)置，預(yù)置步進(jìn)值為5°，擺角幅度絕對(duì)誤差值≤3°，響應(yīng)時(shí)間≤10s。</p><p>　　（6）擺桿的周期能在0.5s～2s范圍內(nèi)預(yù)置，預(yù)置步進(jìn)值0.5s，周期絕對(duì)誤差值≤0.1s，響應(yīng)時(shí)間≤10s。</p><p>　?。?

19、）擺桿擺角幅度和周期在上述范圍內(nèi)可同時(shí)預(yù)置，由靜止點(diǎn)開始擺動(dòng)，擺角幅度值和周期相對(duì)誤差要求均和（5）、（6）相同。當(dāng)擺桿穩(wěn)定運(yùn)行20秒后發(fā)出聲、光提示，并在5s內(nèi)平穩(wěn)停在靜止點(diǎn)上。</p><p>　　1.1 電磁控制系統(tǒng)方案</p><p>　　方案一：小車帶動(dòng)一塊電磁鐵在擺桿磁鐵下方往復(fù)運(yùn)動(dòng)。利用電磁鐵通電后對(duì)磁性物質(zhì)具有吸附力的特性，使擺桿隨小車的運(yùn)動(dòng)而擺動(dòng)。小車的運(yùn)動(dòng)周期即為擺桿的

20、擺動(dòng)周期，其原理簡(jiǎn)單，但機(jī)械裝置繁雜，小車的往返控制頻率過(guò)快，不易實(shí)現(xiàn)，且成本過(guò)高。</p><p>　　方案二：電磁控制裝置底端左右兩側(cè)各固定一塊電磁鐵。向兩塊電磁鐵通以相反方向的電流，分別對(duì)磁性物質(zhì)產(chǎn)生吸附力和排斥力，使擺桿在兩個(gè)電磁鐵之間擺動(dòng)。擺桿擺角幅度便于控制，但需同時(shí)控制兩塊電磁鐵電流的方向與大小，且功耗大，成本偏高。</p><p>　　方案三：電磁控制裝置底端中心固定一塊電

21、磁鐵。利用電磁鐵通電后對(duì)磁性物質(zhì)具有排斥力的特性，使擺桿連續(xù)擺動(dòng)。該方案僅需控制一塊電磁鐵的電流大小與方向，原理簡(jiǎn)單，功耗小，易于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　由此可見(jiàn)：方案三的受控對(duì)象數(shù)與功耗均優(yōu)于方案一和方案二。綜合考慮后，選定方案三。</p><p><b>　　1.2轉(zhuǎn)角采集方案</b></p><p>　　方案一：MMA7260三軸加速

22、度傳感器，線性度好，體積小，低功耗，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用起來(lái)運(yùn)算量較大，程序較為復(fù)雜，單片機(jī)處理復(fù)雜且耗時(shí)。</p><p>　　方案二：SST20傾角傳感器，可同時(shí)監(jiān)測(cè)X軸、Y軸兩個(gè)方向的傾斜角度，精度可達(dá)到±0.1°，測(cè)量量程為0～360°。但是測(cè)量角度時(shí)需要將傾角傳感器安裝在擺桿上，增加了擺桿的重量，同時(shí)傾角傳感器的精度較高，測(cè)量時(shí)會(huì)將噪聲信號(hào)帶入控制系統(tǒng)，影響角度測(cè)量的

23、精度。</p><p>　　方案三：SYD35D4角度傳感器，測(cè)量量程為0～360°，旋轉(zhuǎn)靈活，線性度為±1%，動(dòng)態(tài)噪聲小，分辨率高，最為關(guān)鍵的是它采用滾珠軸承的機(jī)械結(jié)構(gòu)，方便與擺桿相結(jié)合測(cè)量擺角。且該方案易于實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　綜合以上三種方案，選擇方案三。</p><p>　　1.3驅(qū)動(dòng)及控制方案</p><p&g

24、t;　　方案一：采用線性放大驅(qū)動(dòng)方式。單片機(jī)輸出數(shù)字量，經(jīng)D/A后轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的電壓值，控制電磁鐵電磁力的大小，來(lái)改變擺角的大小，此方式波動(dòng)小，線性好，對(duì)鄰近電路干擾小。但存在效率低和散熱等問(wèn)題。硬件需要D/A轉(zhuǎn)換器，電路復(fù)雜，成本高。</p><p>　　方案二：采用PWM調(diào)速。采用L298N作為驅(qū)動(dòng)芯片。PWM調(diào)速是使加在直流電磁鐵兩端的電壓為方波形式,通過(guò)改變方波占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電磁鐵電壓大小的調(diào)節(jié)。PW

25、M由單片機(jī)輸出。L298N芯片內(nèi)部開關(guān)為電子開關(guān)，速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)。此方案電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。</p><p>　　基于上述理論分析和實(shí)際情況，選擇方案二。</p><p>　　1.4 主控系統(tǒng)的方案</p><p>　　方案一：采用DSP作為控制器。DSP具有強(qiáng)大的控制和信號(hào)處理能力，片內(nèi)具有快速RAM和flash，同時(shí)具有接口方便、穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)

26、點(diǎn)。本題主要利用處理器控制電磁鐵電流的方向與大小，數(shù)據(jù)處理方面要求不高。</p><p>　　方案二：采用FPGA作為系統(tǒng)的控制器。FPGA將所有的器件集成在一塊芯片上，外圍電路較少，控制板體較小，穩(wěn)定性高，擴(kuò)展性能好。FPGA采用并行的輸入/輸出方式，系統(tǒng)處理速度快，易于調(diào)試。但是FPGA成本偏高，算數(shù)運(yùn)算能力不強(qiáng)，而本設(shè)計(jì)會(huì)涉及到較多的算數(shù)運(yùn)算，F(xiàn)PGA的高速處理的能力得不到充分體現(xiàn)。</p>

27、<p>　　方案三：采用Atmel公司的89系列的單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。單片機(jī)控制功能強(qiáng)，軟件編程靈活，可用軟件較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)邏輯控制，并且其成本低，體積小和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。另外，在本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)量不大的情況下完全可以完成擺桿擺角的控制。</p><p>　　綜合比較，選用方案三。</p><p><b>　　1.5系統(tǒng)總體方案</b>&

28、lt;/p><p>　　根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總體方案，由角度傳感器SYD35D4采集轉(zhuǎn)角信息后送入A/D轉(zhuǎn)換器MAX1113進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字量送入單片機(jī)STC89C52RC中經(jīng)分析處理后輸出一定占空比的PWM，經(jīng)L298N功率驅(qū)動(dòng)放大后控制直流電磁鐵電壓的大小。同時(shí)可用按鍵設(shè)定擺桿擺角并顯示，擺桿控制系統(tǒng)總體方案框圖如圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2擺桿控制系統(tǒng)總體方案框圖

29、</p><p>　　第2章．系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 單片機(jī)STC89C52RC </p><p>　　本系統(tǒng)以STC89C52RC為控制主芯片，它是一個(gè)低功耗、高性能CMOS8位單片機(jī)，內(nèi)置8k字節(jié)可反復(fù)擦寫的Flash ROM和256B RAM，適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。它的外圍控制電路如圖2.1所示。</p><

30、;p><b>　　主要特性如下：</b></p><p>　　1. 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051</p><p>　　2. 工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V單片機(jī)）</p><p>　　3. 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通

31、8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz</p><p>　　4. 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM，具有EEPROM功能，具有看門狗功能</p><p>　　5. 工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）</p><p>　　6. 通用I/O口（32個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0

32、口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻</p><p>　　圖2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　2.2 L298N簡(jiǎn)介</p><p>　　L298N是SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。可以方便的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L29

33、8N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。</p><p>　　L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4.5～7V電壓。4腳VS 接電源電壓，VS電壓范圍 VIH 為＋2.5～46 V。輸出電流可達(dá)2A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入

34、電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298N的OUT1，OUT2 分別接電磁鐵QD2，QD1兩端，5和7引腳接單片機(jī)的P1.2和P1.3口。驅(qū)動(dòng)電路如圖2.2所示。</p><p><b>　　圖2.2 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　2.3電磁鐵控制模塊</p><p>　　本系統(tǒng)采用直流吸盤式電磁鐵，在通電狀態(tài)下可產(chǎn)生強(qiáng)勁吸附力。電磁鐵

35、型號(hào)為P30/22 12V，外徑30mm，內(nèi)徑12mm，高22mm，自重80g，功率5W，吸引力100N。將直流吸盤式電磁鐵安裝于擺桿正下方處（電磁鐵距磁鐵5mm），單片機(jī)對(duì)電磁鐵線圈內(nèi)的電流方向及大小進(jìn)行相應(yīng)的控制（磁性的強(qiáng)弱與電磁鐵線圈內(nèi)的電流的大小有關(guān)，磁極的方向與電磁鐵線圈內(nèi)電流方向有關(guān)。），實(shí)現(xiàn)對(duì)擺桿擺角與周期的控制。其中電磁鐵兩端QD1﹑QD2分別和驅(qū)動(dòng)OUT2，OUT1相連接。電磁鐵電路如圖2.3所示。</p>

36、<p>　　圖2.3 電磁鐵電路</p><p>　　2.3.1 電磁鐵電流控制的分析</p><p>　　系統(tǒng)需要控制直流吸附式電磁鐵的電流，進(jìn)而達(dá)到控制擺桿擺角與周期的目的。在正常情況下，當(dāng)給電磁鐵通以電流就會(huì)產(chǎn)生斥力推動(dòng)擺桿磁鐵發(fā)生移動(dòng)；電磁鐵斷電后，斥力消失，擺桿擺動(dòng)逐漸減小，直至停止?？刂茢[桿擺角與周期比較容易實(shí)現(xiàn)的就是用單片機(jī)輸出PWM波，只要按一定規(guī)律，改變占空

37、比即可讓電磁鐵的電流得到控制。在電磁鐵的電流控制的過(guò)程中，免不了的要用到各種各樣的算法。而我們?yōu)榱烁玫胤€(wěn)定擺桿擺角與周期使用了工業(yè)中最常用的PID控制算法。為了算法的設(shè)計(jì)方便，我們采用了數(shù)字PID控制算法。</p><p>　　2.3.2 數(shù)字PID控制算法的計(jì)算</p><p>　　數(shù)字PID控制算法在生產(chǎn)過(guò)程中是一種最普遍采用的控制方法，在冶金、機(jī)械、化工等行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。究其原

38、因是：該算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中現(xiàn)在(P)、過(guò)去(I)和將來(lái)(D)的主要信息，具有本質(zhì)上的魯棒性、優(yōu)化控制特性和智能化，算法簡(jiǎn)單明了，易于掌握。單位反饋的PID控制原理框圖如圖2.4所示。 </p><p>　　單位反饋代表理想輸入與實(shí)際輸出的誤差，這個(gè)誤差信號(hào)被送到控制器，控制器算出誤差信號(hào)的積分值和微分值，并將它們與原誤差信號(hào)進(jìn)行線性組合，得到輸出量。</p><p>　　其中，、、分

39、別稱為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。接著被送到</p><p>　　了執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣就獲得了新的輸出信號(hào),這個(gè)新的輸出信號(hào)被再次送到感應(yīng)器以發(fā)現(xiàn)新的誤差信號(hào)，這個(gè)過(guò)程就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行。</p><p><b>　　2.4角度傳感器</b></p><p>　　角度傳感器SYD35D4可看作一個(gè)電位器，采集角度傳感器的模擬電壓值，再通過(guò)A/D

40、轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理。SYD35D4角度傳感器，測(cè)量量程為0～360°，旋轉(zhuǎn)靈活，線性度為±1%，動(dòng)態(tài)噪聲小，分辨率高，最為關(guān)鍵的是它采用滾珠軸承的機(jī)械結(jié)構(gòu)，方便與擺桿相結(jié)合測(cè)量擺角。其中角度傳感器的TAO1端和A/D轉(zhuǎn)換MAX1113的TAO1端相連接。角度傳感器如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 角度傳感器</p><p>　　2.4.1角度

41、測(cè)量原理</p><p>　　SYD35D4是一種電阻式角度傳感器，即由轉(zhuǎn)軸角度變化引起內(nèi)部電阻變化的傳感器，當(dāng)角度變化范圍0～360°，電阻值的范圍是0～5K，線性度為±1%，旋轉(zhuǎn)扭矩為20×10－4N·M。將它的軸與擺桿固定在一起，進(jìn)行同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣擺桿擺動(dòng)時(shí)傳感器的電阻也隨之變化。</p><p>　　2.4.2角度測(cè)量算法</p>

42、<p>　　角度傳感器可看作是一個(gè)電位器。由于非線性關(guān)系，當(dāng)它工作時(shí)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度θ和電位器的電阻值R滿足函數(shù)關(guān)系式</p><p>　　R = f1(θ) (1)</p><p>　　然后將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化</p><p>　　U = K1R (2

43、)</p><p>　　電壓再通過(guò) A/D轉(zhuǎn)換器得到對(duì)應(yīng)數(shù)字量 </p><p>　　Du= K2U (3)即測(cè)得數(shù)字量與擺角的關(guān)系式 </p><p>　　Du= K1K2f1(θ) (4)</p><p>　　由于要求擺角在 0～45°變化

44、，非線性度很小，所以測(cè)量的數(shù)字量能夠有效的表示擺桿的擺角。</p><p>　　2.4.3角度測(cè)量電路</p><p>　　角度傳感器SYD35D4可看作一個(gè)電位器，采集角度傳感器的模擬電壓值，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量送入單片機(jī)進(jìn)行處理，最終在LCD上顯示擺角。擺角檢測(cè)電路如圖2.6所示。 </p><p>　　圖2.6 擺角檢測(cè)電路</p>&l

45、t;p>　　2.5 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX1113，使用單片機(jī)+5V電源供電，選通通道0輸入模擬信號(hào)，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。它的精度高，價(jià)格低廉，體積小，溫度使用范圍為0°～70°其中CS、SCLK、DIN、DOUT、SSTRB分別和單片機(jī)的 P2.1、P2.0、P2.2、P2.5、P2.4口連接，TAO1與角度傳感器的TAO1相連接。如圖2.7所示

46、。</p><p>　　圖2.7 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p><b>　　2.6 鍵盤電路 </b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 4個(gè)獨(dú)立式按鍵 S1、S2、S3、S4分別與單片機(jī)P3.4、 P3.5、 P3.6、 P3.7相連接。其中 S1為啟動(dòng)/停止鍵，進(jìn)行手動(dòng)切換；S2為擺角/周期加一鍵；S3為擺角/周期減一鍵；S4為擺角/

47、周期設(shè)定鍵。鍵盤電路如圖2.8所示。</p><p><b>　　圖2.8 鍵盤電路</b></p><p>　　2.7 聲光提示電路</p><p>　　當(dāng)擺桿在指定的擺角（10°~ 45°范圍內(nèi)）連續(xù)擺動(dòng)時(shí)，單片機(jī)P1.0口為低電平，P2.3口為低電平，此時(shí)發(fā)光二極管D1點(diǎn)亮、由三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出提示聲音。當(dāng)擺桿在指定

48、的周期（0.5S ~ 2S范圍內(nèi)）連續(xù)擺動(dòng)時(shí)，單片機(jī)P1.1口為低電平，P2.3口為低電平，此時(shí)發(fā)光二極管D2點(diǎn)亮、蜂鳴器發(fā)出提示音。當(dāng)擺角與周期同時(shí)指定，擺桿穩(wěn)定運(yùn)行20秒后，單片機(jī)P1.0、P1.1口均為低電平、P2.3口為低電平，此時(shí)發(fā)光二極管D1、D2均點(diǎn)亮、蜂鳴器發(fā)出提示音。聲光提示電路如圖2.9所示。</p><p>　　圖2.9聲光提示電路</p><p>　　2.8 LCD

49、顯示電路</p><p>　　本系統(tǒng)選用LCM12864ZK為控制器的液晶顯示屏，分辨率為128×64，可顯示8×4行漢字，以構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。LCM12864ZK 以串行方式與單片機(jī)通信。這種方式可以大大節(jié)省單片機(jī)的硬件資源，同時(shí)顯示方式是靜態(tài)的可以提高單片機(jī)的執(zhí)行效率。讀寫允許端RSE與P1.4口連接，控制液晶讀寫數(shù)據(jù)；串行數(shù)據(jù)輸入端R/W與P1.5口連接，用于給顯示器傳送指令和

50、數(shù)據(jù)；串行時(shí)鐘信號(hào)E由P1.6口送入，為傳送數(shù)據(jù)提供時(shí)鐘信號(hào)；PSB與P1.7口連接。它可以實(shí)時(shí)直觀顯示測(cè)量擺角、預(yù)置擺角、測(cè)量周期、預(yù)置周期。LCD顯示電路如圖2.10所示。</p><p>　　圖2.10 LCD顯示電路</p><p><b>　　2.9 電源電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用直流穩(wěn)壓電源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。直

51、流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。電源變壓器TF1將電網(wǎng)220V的交流電壓分別變換成12V、5V交流電壓，由8個(gè)18DB10組成的橋式整流電路將12V、5V交流電壓變換成脈動(dòng)的12V、5V直流電壓，再經(jīng)濾波電路（C4、C6、C5、C7）濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的12V、5V直流電壓，最后經(jīng)可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器78L12、78L05輸出穩(wěn)定的12V、5V直流電壓。電源電路如圖2.11所示。</p>

52、<p>　　圖2.11 電源電路</p><p>　　第3章．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 程序功能描述與設(shè)計(jì)思</p><p>　　3.1.1程序功能描述</p><p>　　根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示和擺桿擺角的幅度與周期。</p><p>　　（1）鍵盤的設(shè)置部分

53、：通過(guò)鍵盤設(shè)定擺桿的啟動(dòng)與停止、設(shè)定擺桿擺角的幅度與周期。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)的顯示部分：測(cè)量擺角、預(yù)置擺角、測(cè)量周期、預(yù)置周期。</p><p>　　3.1.2程序設(shè)計(jì)思路</p><p>　　根據(jù)題目要求實(shí)現(xiàn)鍵盤控制擺桿的啟動(dòng)與停止、擺桿擺角與周期。用按鍵直接實(shí)現(xiàn)電磁控制系統(tǒng)的通電與斷電，以完成擺桿的啟動(dòng)與停止。用按鍵調(diào)整電磁控制系統(tǒng)內(nèi)流過(guò)電磁鐵線圈

54、的電流大小，以實(shí)現(xiàn)擺桿擺角與周期的控制。</p><p><b>　　3.2 程序流程圖</b></p><p>　　3.2.1主程序流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言編程，以達(dá)到題目要求的控制精度和響應(yīng)時(shí)間。主要完成轉(zhuǎn)角信號(hào)的采集、角度控制、顯示，并通過(guò)采集信號(hào)調(diào)節(jié)電磁鐵電流大小來(lái)控制擺桿角度。其中，顯示模塊負(fù)責(zé)將角度傳感

55、器檢測(cè)到的角度送到LCD進(jìn)行顯示；角度控制模塊負(fù)責(zé)根據(jù)按鍵的輸入信息來(lái)控制擺桿偏轉(zhuǎn)。</p><p>　　由于本系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)角度實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以在程序中將對(duì)角度的測(cè)量放在主程序中，設(shè)為查詢方式；對(duì)按鍵的處理設(shè)為中斷方式。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖3.1所示，按鍵中斷處理子程序如圖3.2所示。處理子程序1、2、3、4分別對(duì)應(yīng)為PWM占空比加1子程序，PWM占空比減1子程序，設(shè)定值加1子程序和設(shè)定值減1子程序。&l

56、t;/p><p>　　3.2.2角度控制子程序流程圖</p><p>　　單片機(jī)讀入設(shè)定值X和測(cè)量值Y后進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)占空比改變直流電壓調(diào)節(jié)角度，控制擺桿偏轉(zhuǎn)。如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1角度控制子程序流程圖</p><p>　　1．按鍵中斷處理子程序</p><p>　　按鍵中斷處理子程序流程圖如圖3.

57、2所示</p><p>　　圖3.2 按鍵中斷處理子程</p><p>　　2. 鍵盤子程序流程圖</p><p>　　鍵盤子程序流程圖如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 按鍵中斷處理子程</p><p><b>　　第4章．系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p>

58、　　基于本次設(shè)計(jì)題目的要求，本系統(tǒng)采用SYD35D4采集擺桿的轉(zhuǎn)角并通過(guò)LCD顯示，還可通過(guò)鍵盤預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)角值，其分辨率可達(dá)到2°。 </p><p>　　4.1 測(cè)試儀器與方法</p><p>　　測(cè)試條件：經(jīng)多次檢查，仿真電路和硬件電路與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無(wú)誤，硬件電路無(wú)虛焊，同時(shí)測(cè)試時(shí)保持無(wú)外磁場(chǎng)干擾狀態(tài)。</p><p>　　測(cè)試儀器：高精度

59、的數(shù)字毫伏表一個(gè)，數(shù)字萬(wàn)用表一個(gè)，秒表一塊，直角三角板，量角器一把，直尺一把。</p><p><b>　　測(cè)試方法：</b></p><p>　　1、測(cè)試要求（1）、（2）項(xiàng)時(shí)，用量角器量出擺桿偏角并與LCD上顯示的角度值進(jìn)行比較，看角度傳感器測(cè)得的角度是否準(zhǔn)確。</p><p>　　2、測(cè)試要求（3）、（5）、（6）項(xiàng)時(shí)，用量角器量出擺桿實(shí)

60、際轉(zhuǎn)角并與LCD上顯示的角度值和按鍵設(shè)定的角度值進(jìn)行比較，并用秒表記錄調(diào)節(jié)時(shí)間，評(píng)判其控制性能。</p><p><b>　　4.2 角度測(cè)量</b></p><p>　　角度測(cè)量結(jié)果如表1所示：</p><p>　　表1 角度測(cè)量數(shù)據(jù)比較（單位：度）</p><p><b>　　停止時(shí)間的測(cè)量</b&

61、gt;</p><p>　　停止時(shí)間的測(cè)量如表2所示：</p><p>　　表2 停止時(shí)間的測(cè)量（單位：秒）</p><p>　　4.4 測(cè)試結(jié)果與分析</p><p>　　通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)擺桿角度從0°～45°范圍變化時(shí)，當(dāng)角度小于20°時(shí)，控制容易，誤差小，控制時(shí)間短。當(dāng)角度接近45°時(shí)，

62、控制時(shí)間也明顯增加，誤差也較大。當(dāng)控制角度在30°～45°時(shí)，控制時(shí)間也明顯增加，誤差也較大。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　根據(jù)上述測(cè)試數(shù)據(jù)，可以清楚地看出不同的擺角、不同的周期、不同的響應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)對(duì)比，由此可以得出以下結(jié)論：</p><p>　　1. 電磁控制裝置方案和角度傳感器很重要，

63、一般的電磁控制方案和角度傳感器很難實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的角度內(nèi)擺桿的連續(xù)擺動(dòng)；如果減輕或增加擺桿重量，則角度不好控制；如果支撐軸太粗糙，則會(huì)限制擺桿的擺動(dòng)。</p><p>　　2.數(shù)據(jù)處理手段多樣，不但要有實(shí)施監(jiān)控的，還有整體宏觀曲線，同時(shí)數(shù)據(jù)的分析與擬合等多種手段。</p><p>　　3.本系統(tǒng)能較好的完成擺桿控制系統(tǒng)的要求。</p><p>　　4. 完成了所要求的（

64、1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）。</p><p>　　5、采用LCD實(shí)時(shí)顯示角度與周期，并能實(shí)時(shí)顯示角度和周期的設(shè)定值。</p><p>　　6、系統(tǒng)在完成所要求(1)時(shí),分辨力可達(dá)1°, 絕對(duì)誤差小于5°，完成所要求(3)時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間優(yōu)于所要求得時(shí)間。</p><p><b>　　致謝</b></p&g

65、t;<p>　　在論文即將完成之際，也將是我的大學(xué)生活快要結(jié)束的時(shí)候，此時(shí)，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有我們可敬的藺鵬老師給了我辛勤地指導(dǎo)，還有其他師長(zhǎng)、領(lǐng)導(dǎo)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先要感謝我的指導(dǎo)老師藺鵬老師，他在學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)方面給予我大量的指導(dǎo)，并為我們提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了

66、解決問(wèn)題的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。他的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，同時(shí)他的循循善誘的教導(dǎo)、不拘一格的思路和為人處世的坦蕩也給予我無(wú)盡的啟迪。除此之外，他還教了一些我做人的道理。在此祝愿他身體健康，全家幸福！</p><p>　　還有很多我無(wú)法一一列舉姓名的師長(zhǎng)和友人給了我指導(dǎo)和幫助，在此衷心的表示感謝，他們的名字我一直銘記在心！</p><p>　　最后，衷

67、心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專家教授。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 先鋒工作室編著.《單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例》.清華大學(xué)出版社，2003.1</p><p>　　[2] LM75A DATASHEET PHILIP. www.datasheetcatalog.com</p><

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