2016年电子设计大赛控制题悬挂系统省一论文

2016年吉林省大学生电子设计竞赛多电机悬吊控制系统（G题）【本科组】2016年8月30日I摘要悬吊控制系统以STC15F2K60S2单片机为核心,采用的LCD1602液晶显示模块和按键模块满足在各个题目要求的切换，便于用户选择距离和模式。用陀螺仪测量圆锥与X.Y.Z轴所成角，模块L298N调节四个电机的转动方向和转速，从而控制四根细绳控制圆盘到达规定的位置。对于左右移动的要求，取多个采样点利用MATLAB曲线拟合的方法，确定距离和角度的关系。对于发挥要求，利用李萨如图形，用X，Y轴运动合成的方法画直线和圆。对于画梯形的要求，则取若干多个点，采用查表的方法规定光点的位置。关键词：PID算法；角度传感器；超声波距离传感器；李萨如图形II目录1系统方案...................................................................11.1、液晶显示模块的论证与选择..........................................................................................11.2、主控部件的论证与选择..................................................................................................11.3测距模块的论证与选择....................................................................................................21.4控制系统的论证与选择....................................................................................................22系统理论分析与计算.........................................................22.1多电机悬吊控制系统的分析..........................................................................................22.1.1圆板的受力分析.....................................................................................................22.1.2圆板偏移的分析.....................................................................................................32.1.3圆板画圆分析.........................................................................................................32.2圆板运动的计算................................................................................................................32.2.1圆板左右移动的拟合.............................................................................................32.3系统参数的计算.................................................................................................................42.3.1超声波测距模块参数计算.....................................................................................43电路与程序设计.............................................................43.1电路的设计.........................................................................................................................43.1.1系统总体框图..........................................................................................................43.1.2人机交互子系统框图与电路原理图.....................................................................43.1.3传感器子系统框图与电路原理图.........................................................................53.1.4步进电机驱动子系统框图与电路原理图..............................................................53.1.5单片机各引脚连接图..............................................................................................63.1.6电源..........................................................................................................................63.2程序的设计.........................................................................................................................63.2.1程序功能描述与设计思路......................................................................................63.2.2程序流程图..............................................................................................................64测试方案与测试结果.........................................................74.1测试方案.............................................................................................................................74.2测试条件与仪器................................................................................................................74.3测试结果及分析................................................................................................................84.3.1测试结果(数据).......................................................................................................84.3.2测试分析与结论......................................................................................................8附录1：电路原理图...........................................................9附录2：源程序..............................................................101多电机悬吊控制系统（G题）【本科组】1系统方案本系统主要由液晶显示模块、步进电机控制模块、传感器模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1、液晶显示模块的论证与选择方案一：采用LCD12864模块。LCD即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。与传统的阴极射线管（CRT）相比，LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。LCD12864具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多其它显示器无法比拟的优点，LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字。方案二：采用LCD1602模块。LCD1602是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低，且占用空间较小。综合以上两种方案，选择方案二。1.2、主控部件的论证与选择方案一：AT89S51。采用AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一个超低功耗，标准51系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，片内含8k空间的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口，2个16位可编程定时计数器。其指令系统和传统的8051系列单片机指令系统兼容，降低了系统软件设计的难度。但是由于运行速度慢，I/O口功能少，不符合设计要求。方案二：AVR单片机。AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能于一身。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(ReducedInstructionSetCPU)精简指令集高速8位单片机。可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。但是指令系统复杂，位操作不方便。方案三：STC15F2K60S2。不需要外部晶振和外部复位，可省掉外部EEPORM,利用IAP技术，大容量2K字节SPRAM，双串口技术，高速十位A/D转换器，8通道。并且高2速，高通道，超低功耗并且价格便宜。综合以上三种方案，选择方案三。1.3测距模块的论证与选择方案一：超声测距传感器。超声波频率高于声波的机械波，此传感器具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好。超声测距模块具有精度高、测量周期短且使用便捷，符合题目的要求。方案二：红外线测距传感器。优点是便宜，易制，安全，使用方便。但是精度较低，距离较近，方向性差。综合考虑采用方案一。1.4控制系统的论证与选择方案一：完全使用PID算法。按照反馈网络将设定值与实时值做比较，根据PID算法调节四个电机的转动。方案二:取样拟合，部分问题采用pid算法。采样取多个点，拟