毕业论文 电磁运动控制系统

兰州工业学院毕业设计（论文）题目电磁运动控制系统院别电子信息工程学院专业应用电子技术班级智能电子11姓名李东明学号201110105118指导教师（职称）蔺鹏（副教授）日期2014年3月12日兰州工业学院毕业设计说明书（论文）II摘要本设计以单片机STC89C52RC为核心，通过对电磁铁线圈内电压的控制，改变电磁铁的磁场力的大小，实现摆杆按指定的摆角和周期摆动。采用SYD35D4角度传感器来实现摆杆摆角信号的采集，经A/D转换器MAX1113转换为数字信号，送至单片机STC89C52RC进行处理，用L298N作为驱动电路，使达到控制摆角和周期。该设计进行了系统方案、硬件电路图和软件流程图的设计，并通过软件编程，实现了设计要求，并用LCD显示预置摆角、预置周期，实时显示了测量摆角、测量周期。关键词：单片机；电磁控制；角度传感器；摆角；周期兰州工业学院毕业设计说明书（论文）IIIIAbstractThisdesignSTC89C52microcontrollerasthecore,throughcontrolofthesolenoidCoilcurrents,changingthesizeofthemagneticforceofelectro-magnet,swingbyelectromagneticcontrolataspecifiedangleandperiodicoscillations.RockerswingangleofusingtheSYD35D4anglesensortosignalacquisition,thea/dconverterMAX1113convertsdigitalsignalssenttoaMCUSTC89C52,andL298Nasadriverinordertocontroltheswingangleandcycles.Systemsolutions,thedesignofhardwarecircuitdiagramandsoftwareflowchartdesignandsoftwareprogramming,achievingthedesignrequirements,andangleLCDintuitivedisplaypreset,presetcycle,measuringangle,thetestingcycleisshowninrealtime.Keywords:STC89C52microcontroller，electromagneticcontrol，anglesensor，swingangle，period兰州工业学院毕业设计说明书（论文）IIIIII目录任务书...........................................................1摘要.........................................................IAbstract........................................................II目录...........................................................III前言...........................................................1第1章．方案设计与论证...........................................21.1电磁控制系统方案.............................................31.2转角采集方案..................................................31.3驱动及控制方案................................................41.4主控系统的方案...............................................41.5系统总体方案..................................................5第2章．系统硬件电路设计.........................................62.1单片机STC89C52RC.............................................62.2L298N简介....................................................72.3电磁铁控制模块................................................72.3.1电磁铁电流控制的分析...................................82.3.2数字PID控制算法的计算.................................82.4角度传感器....................................................92.4.1角度测量原理............................................92.4.2角度测量算法...........................................102.4.3角度测量电路...........................................102.5A/D转换电路.................................................102.6键盘电路.....................................................112.7声光提示电路................................................112.8LCD显示电路.................................................122.9电源电路.....................................................13第3章．系统软件设计............................................14兰州工业学院毕业设计说明书（论文）IVIV3.1程序功能描述与设计思........................................143.1.1程序功能描述...........................................143.1.2程序设计思路...........................................143.2程序流程图...................................................143.2.1主程序流程图...........................................143.2.2角度控制子程序流程图...................................14第4章．系统测试................................................174.1测试仪器与方法..............................................174.2角度测量.....................................................174.3停止时间的测量.............................................174.4测试结果与分析..............................................17结论............................................................19致谢............................................................20参考文献........................................................21附录：硬件电路图................................................23兰州工业学院毕业设计说明书（论文）11前言设计一个电磁控制运动系统，该装置由电磁控制装置、摆杆等部分构成。按下启动按钮，由静止点开始，控制摆杆摆动。并且控制摆杆在指定的摆角（10°～45°范围内）连续摆动，按指定周期控制摆杆连续摆动。通过电磁控制方式,设计电路实现对周期性运动装置的运动幅度(摆角)和周期(频度)的控制。控制核心采用STC89C52RC,电磁驱动器采用L298N,角度检测采用SYD35D4角度传感器,显示采用LCD12864。通过PWM调速来控制线圈电流大小调节磁场强度,从而实现单摆摆动摆角和周期的控制。它具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜、能实现稳定调速。兰州工业学院毕业设计说明书（论文）22第1章．方案设计与论证本题目是设计并制作一个摆杆控制系统，通过电磁控制装置，调节摆杆摆角的大小，如图1.1所示。图1.1摆杆控制系统示意图根据题目的要求，本系统所设计的核心问题主要有：（1）按下启动按钮，由静止点开始，控制摆杆摆动。（2）由静止点开始，控制摆杆在指定的摆角（10°～45°范围内）连续摆动，摆动摆角绝对误差≤5°，响应时间≤15s。（3）由静止点开始，按指定周期（0.5s～2s范围内）控制摆杆连续摆动，摆动周期绝对误差值≤0.2s，响应时间≤15s。（4）在摆杆连续摆动的情况下，按下停止按钮，控制摆杆平稳地停在静止点上，停止时间≤10s。（5）摆杆摆角幅度能在10°～45°范围内预置，预置步进值为5°，摆角幅度绝对误差值≤3°，响应时间≤10s。（6）摆杆的周期能在0.5s～2s范围内预置，预置步进值0.5s，周期绝对误差值≤0.1s，响应时间≤10s。（7）摆杆摆角幅度和周期在上述范围内可同时预置，由静止点开始摆动，摆角幅度值和周期相对误差要求均和（5）、（6）相同。当摆杆稳定运行20秒后发出声、光提示，并在5s内平稳停在静止点上。兰州工业学院毕业设计说明书（论文）331.1电磁控制系统方案方案一：小车带动一块电磁铁在摆杆磁铁下方往复运动。利用电磁铁通电后对磁性物质具有吸附力的特性，使摆杆随小车的运动而摆动。小车的运动周期即为摆杆的摆动周期，其原理简单，但机械装置繁杂，小车的往返控制频率过快，不易实现，且成本过高。方案二：电磁控制装置底端左右两侧各固定一块电磁铁。向两块电磁铁通以相反方向的电流，分别对磁性物质产生吸附力和排斥力，使摆杆在两个电磁铁之间摆动。摆杆摆角幅度便于控制，但需同时控制两块电磁铁电流的方向与大小，且功耗大，成本偏高。方案三：电磁控制装置底端中心固定一块电磁铁。利用电磁铁通电后对磁性物质具有排斥力的特性，使摆杆连续摆动。该方案仅需控制一块电磁铁的电流大小与方向，原理简单，功耗小，易于实现。由此可见：方案三的受控对象数与功耗均优于方案一和方案二。综合考虑后，选定方案三。1.2转角采集方案方案一：MMA7260三轴加速度传感器，线性度好，体积小，低功耗，但是机械结构比较复杂，使用起来运算量较大，程序较为复杂，单片机处理复杂且耗时。方案二：SST20倾角传感器，可同时监测X轴、Y轴两个方向的倾斜角度，精度可达到±0.1°，测量量程为0～360°。但是测量角度时需要将倾角传感器安装在摆杆上，增加了摆杆的重量，同时倾角传感器的精度较高，测量时会将噪声信号带入控制系统，影响角度测量的精度。方