电磁控制运动装置.doc

1、 电磁控制运动装置摘要本系统由单片机最小系统、角度传感模块、显示模块、线圈驱动模块与光电传感模块以及供电模块五部分组成。采用 STC89C52 作为系统的核心，通过对PWM 脉冲占空比进行设置，得出可较为精确控制 L298 驱动器产生不同强度的电流以控制线圈产生磁场大小，从而控制摆杆摆动的角度，传感器采用三轴加速度 MMA7455 传感器，该传感器具有信号调理、输出精确、体积小、温度补偿、工作可靠的优良性能，从而保证本系统的稳定性。光感模块目 录1 系统方案.1.1 控制系统的论证与选择.1.2 显示模块与选择1.3 角度传感器模块的论证与选择2 系统理论分析与计算2.1 加速度传感器角度采集

2、分析与计算.2.2 PWM 调速的分析与计算3 电路与程序设计3.1 电路的设计3.1.1 系统总体框图及电路设计.3.1.2 控制系统子系统电路原理图3.1.3 线圈驱动子系统电路原理图.3.2 程序的设计3.2.1 程序功能描述与设计思路3.2.2 程序流程图.4 测试方案与测试结果4.1 测试方案.4.2 测试条件与仪器4.3 测试结果与分析4.3.1 测试结（数据）4.3.2 测试分析与结论.1 系统方案设计1.2 角度传感器的选择与分析方案一：在摆杆上安装线性电位 WDD35-4 是 360连续机械转角的线性电位器，精度可达 1%，将电位器旋钮和电位器分别于帆板和连杆结合，在帆板转动

3、的过程中同时带动旋钮改变阻值，用 AD 测出电压变化，从而换算出角度。方案二：飞思卡尔公司的 MMA7260 三轴加速度传感器，它与MMA7455 三轴加速度传感器功能类似，具有灵敏度可选，低功耗，高稳定性等特点，不同点是它输出的是模拟量。方案三：飞思卡尔公司的 MMA7455 三轴加速度传感器，其内部自带AD 控制器，输出两路数字信号，可直接通过 cpu 进行计算处理得出加速度，在经过单片机经数字函数转换计算得出角度值，STC89c51RC主控芯片 按键模块角度传感模块MMA7455LCD 显示模块光电传感模 块电机驱动模块线圈方案一线性度好但是采集数据非常复杂同时摩擦较大，方案二输出的模拟

4、量，需外接 A/D 采样电路。综合以上三种方案，选择方案三1.3 显示模块与选择方案一：七段数码显示器即 LED 发光二极管是由半导体材料制成的 PN结，在正向偏置时会发光，具有工作电压低、体积小、寿命长、响应快等优点。方案二：采用深圳市华创信电子有限公司的 RT1286M 图形液晶，该液晶不紧可以显示数字、字母、还可以显示图形文字、汉子。具有外形大方，易于直接读取数据等优点。方案三：采用长沙太阳人生产的 SMC1602A 字符型液晶，该液晶显示器件低功耗、能显示字母和数据。方案一显示采集的度数不够直观，由于整个系统设计中只需显示摆动的角度所以从性价比上，本设计选用 LCD1602 显示。1.

5、4 线圈电流放大电路选择与分析方案一；由两个三极管连接形成的高耐压、大电流达林顿管阵列，单个达林顿管集电极只能输出 500mA 电流，将达林顿管并联可实现更高的输出电流能力。方案二：ULN2803 达林顿管 IC，连接在阵列非常适合逻辑接口电平数字电路和较高的电流/电压，如电灯、继电器等广泛的适用范围。有很大部分都是感性的，感性器件在关断瞬间会产生很高的自感电动势。方案三： ST 公司生产的 L298 是一种高电压、大电流电机驱动芯片。其内部集成双 H 桥电路，它的最高电源电压到 46 V，直流电流可达到 2.5A。同时可通过 PWM 来准确来调速，具有低饱和压降，还有保护过热时逻辑“0”的输

6、入和高噪声免疫力。方案一若要达到 2.5A 以上的电流至少需要并联 5 个达林顿管，方案二在关断的瞬间会产生很高的自感电压，很容易把 ULN2803 达林顿管打坏，甚至打坏电路中的其它元器件。综上所述选择方案三2 系统理论分析与计算2.1 PWM 调速的分析和计算脉宽调制（Pulse Width Modulation）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种有效的技术，广泛的应用在测量、通信到功能功率控制与变换的许多领域中。简而言之， PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具有模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是

7、数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有，要么完全无。电压或电流源是以一种通或断的重复序列脉冲被加载到模拟信号上去的。通的时候即是直流供电被加载到负载的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用 PWM 惊醒编码。本系统采用单片机直接产生矩形波，将矩形波传送给 L298 从而驱动线圈的感应，已达到控制摆杆摆动的角度。u/vt/us0输出的平均电压：U=（2D-1）U d D 为占空比， Ud 为输入电压占空比： D=Ton/Ts 为单片机产生高电平的时间， Ts 为矩形波的周期调节单片机产生高电平的时间 Ton,来控制输出平局电压 U，达到调节摆杆摆

8、动的角度目的，占空比越大，表明高电平的脉冲，持续的时间要长，输出的能量就越大，对线圈的驱动就越大。2.2 角度传感器角度采集分析与计算：1.1 在本课题中，我们选择使用 MMA7455 来测量我们需要的角度值，但MMA7455 本不是角度传感器而是加速度传感器，所以我们所需要的角度值，是通过一定的转换得来；设在传感器所在的三维空间中，三个相互垂直的方向上的加速度为，x，y，z加速度传感器与加速的关系，可以用高中时所学习 知识可得： ygxarctn通过加速度传感器所传回的数据，再用以公式进行转 就 可以，在相应的显示屏上看见得到的角度 转换结果由于这样的转换结果是有反正切的来，所以可能在转换的

9、结果上面会有较大误差。3.电路与程序设计3.1.1 控制系统子电路原理图，控制芯片采用台弯红晶的 89C52，采用 CHMOS 工艺技术制造的高性能8 位单片机，属于标准的 MCS-51 的 H 高密度技术 CMOS 产品。它结合了HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征，它基于标准的 MCS-51单片机体系结构和指令系统，集成了时钟输出或向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似线圈控制等应用场合。89C52 内置 8 位中央处理单元、256 字节内部数据存储器 RAM、8k 片内程序存储器（ROM）32 个双向输入/输出（I/O）口、 3 个 16 位定时/计数器和 5 个两

10、级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。MCU 控制电路以及显示电路 P1.0/T2EX345678RS9xDINWALVCU_B,GHiqudrystalpKeFo-M上L298N 驱动电路以及线圈电路O+mnchk光耦合发射与接受模块以及按键 S3246上UVCGNDOTP.01声光效果与电源电路 BelQ957KRsHadr3.1.2 线圈驱动子系统电路原理图L298 内部包含 4 通道逻辑驱动电路。L298 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS 可接 47V 电压。4 脚 VS 接电源电压，VSH 电压范围+2.546V。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引

11、出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。OUT1、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间可分别接电动机，5、7、10、12 脚接输入控制电平，EnA、EnBj 接控制使能端，控制摆杆的停转。ENA6BI230OUTSV9GD8LPWMmHnductorpFChky3.1.3 报警系统电路原理图如图所示，声光报警电路采用蜂鸣器和 LED 灯串联，通过单片机控制达到报警功能。BelQ1C905V4.7KRs2P3DS3.2 程序的设计3.2.1 程序功能描述与设计思路1. 程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现按键的的设置和 PWM 占空比1）按键实现功能：2）PWM 占空比：通过改变脉宽的值

12、来改变电压值来调节电流值3.2.2 程序代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit IN1=P10;sbit IN2=P11;sbit input=P12;sbit hongw=P33;sbit stop=P32;sbit lcden=P27;sbit lcdrs=P25;sbit lcdrw=P26;uchar code dis1=“zhou qi:00s“;uchar code dis2=“jiao du:00“;void delay1ms(uint);void delay(uint z)uint x

13、,y;for(x=0;xz;x+)for(y=0;y120;y+);void write_command(uchar com)/向 LCD 写入指令 lcdrs=0;lcdrw=0;P0=com;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void write_data(uchar dat)/向 LCD 写入数据lcdrs=1;lcdrw=0;P0=dat;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void init() /LCD 初始化write_command(0x38);write_command(0x0c);write_command(

14、0x06);write_command(0x01);void main() char m=0;uchar on=10;uint i,i1,i2,i3;static uchar t=10;IN1=1;IN2=0; EA=1;IT1=1;EX1=1;TMOD=0X09;TH0=0;TL0=0;IE=0;while(hongw=1); TR0=1;while(hongw=0);while(hongw=1);TR0=0;i=256*TH0+TL0;i1=(i/100);i2=(i%100)/10;i3=(i%100)%10;write_command(0x88);write_data(dis1i1);

15、delay(5);write_command(0x89);write_data(dis1i2);delay(5);write_command(0x8a);write_data(dis1i3);delay(5);if(hongw=0) delay1ms(5);if(hongw=0) m+;if(m%2)=1) input=1; delay1ms(t);input=0; delay1ms(100-t);t+=10; void int0(void) interrupt 2 uchar saveled;saveled=P1;P1=0Xff;input=0;delay1ms(10);P1=saveled

16、;void delay1ms(uint x) uint m,n;for(m=0;mx;m+)for(n=0;n120;n+);参考文献1 余永权 . F8 程序流程图 lash 单片机原理及应用. 北京：电子工业出版社，1997 2 王福瑞等编著。单片微机测控系统设计大全。北京航空航天大学出版社，1999 3 李华。MCS-51 系列单片机使用接口技术。北京航空航天大学出版社，1990 4 何立民。单片机应用系统设计。北京航空航天大学出版社，1993 5 方佩敏。新编传感器原理应用电路详解。北京：电子工业出版社，1994 6黄继昌等。传感器工作原理及应用实例。北京：人民邮电出版社，1998。 7纪宗南。单片机外围器件实用手册 输入通道器件分册。北京航空航天大学出版社，1998 8 龙丘 MMA7455 使用手册