基于自由摆的平衡控制系统—毕业设计论文.docVIP

摘要 该系统采用MSP430F149单片机作为控制系统的核心；以步进电机控制平板转动，通过细分驱动器提高步进电机精确度；以MMA7361芯片模块为角度传感器，采集自由摆的偏移角度，并用12864液晶显示屏显示出来；通过光电传感器控制平板停止的位置，使平板的倾斜角度刚好满足平板对硬币的作用力（支持力和摩擦力）在水平方向上的分量刚好提供硬币的横向加速度所须的力；电磁铁用于自动释放摆杆。根据电机的步距脚（1.8°/STEP），精确地控制步进电机转动相应的步数。该系统布局合理，理论可行，实际运行较为平稳，控制精度较高，达到了题目基本部分的要求。 关键字： 自由摆 角度测量 细分驱动 平衡控制 Summary The system uses MSP430F149 SCM as the core control system; to stepper motor control flat turns, broken down by drive enhanced stepper motor precision; MMA7361 angle sensor chip module, acquisition of freedom pendulum displacement angle and 12,864 LCD display; controlled by photoelectric sensor plate where you stopped, Flat tilt angle happens to meet flat force on coin (supporting force and friction force) happen to provide the components of the coin horizontally in transverse acceleration force required; electromagnets are used to automatically free up swing. According to the foot of the step motor (1.8 °/STEP), precise control of stepping motor rotation corresponding steps. The system layout is reasonable, theoretical possible, actually run more smoothly, high control precision, meets the requirements of topics essential parts. Keywords: freedom pendulum .angle measurement. divided. driving balance control 目录 一、系统方案 2 1.1方案选择与对比 2 1.1.1角度测量方案 2 1.1.2驱动电机方案 2 1.2系统结构 2 二、系统理论分析与计算 3 2.1平板转一周的控制原理分析 3 2.2硬币不滑落控制原理分析 4 三、硬件模块设计与分析 4 3.1控制电路 4 3.2角度测量电路 5 3.3步进电机及驱动电路 5 3.4控制按键及模式转换电路 6 3.5光电传感电路 6 3.6显示电路 7 四、软件程序设计 7 4.1系统主流程图 7 4.2各模块程序流程图 8 五测量方案与测试结果 9 5.1测量方案 9 5.1.1基本要求功能测试 9 5.2测试结果及分析 9 实验总结 10 参考文献 11 附件一：电路原理图 12 附件二：主要器件清单 12 附件三：源程序 13 一、系统方案 1.1方案选择与对比 1.1.1角度测量方案 方案一： 方案二： 1.1.2驱动电机方案 方案一：伺服电机加伺服驱动器，能高速制动，适合闭环控制，但成本高、体积大。 方案二：步进电机，输入脉冲和转动角度之间成特定的比例控制关系，不累积误差，控制简单，一般用作开环控制，成本低。 比较上述两种方案，考虑到本系统是一个开环系统，步进电机成本低，控制简单，并且可以满足控制要求的精度，所以选择方案二。 1.2系统结构 系统设计任务为一种基于自由摆的保持平板平衡的控制系统。基本要求是保持平板上硬币的平衡滑动小或滑落少，进一步的要求是让平板上激光笔射在靶纸上的光斑偏移量尽可能小。在实时控制时，对自由摆的摆角、摆速及摆动方向的测量十分关键，平板角度的控制精度和相应速度也直接决定着最终的控制效果。据此，本系统采用以单片机为核心的自由摆控制系统主要由以下几个功能模块构成： ⑴、单片机控制模块 ⑵、角度测量获取模块⑶、电机驱动模块⑷、光电传感