1、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。导师签名： 日期：注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要
2、时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（
3、论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义2、论文的观念是否有新意？设计
4、是否有创意？3、论文（设计说明书）所体现的整体水平建议成绩：（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量二、论文（设计）水平评阅教师：教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况2、对答辩问题的反应、理解、表达情况3、学生答辩过程中的精神状态评定成绩：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）教学系意见：系主任：摘要在现代的日常生产、生活中，基于单片机的悬挂运动控制系统的广泛应用得到普及，涉及到了工厂生产线、航空航天和医疗设备等系统中。基于单片机的
5、悬挂运动控制系统的重中之重就是悬挂部件的运动精确性，它在各个系统中起到决定性的作用。但是在实际的生产生活中提高基于单片机的悬挂运动控制系统的精确性具有相当大的难度。虽然凭借不断改变悬挂部件的绳索长度来控制悬挂部件的运动轨迹的基于单片机的悬挂运动控制系统，在日常生产生活中的各个领域应用十分广泛。但是由于精确性的严重缺陷，在很多方面基于单片机的悬挂运动控制系统的实用受到严重制约。基于单片机的悬挂运动控制系统本质上是一电机控制系统，通过电机控制物体在80cm*100cm的范围内作直线、圆、寻迹和任意指定曲线等运动，并且能够在运动的时候显示运动物体的位置坐标。本设计采用AT89C52单片机作为核心控制
6、器来实现对物体运动轨迹的自动控制，并且通过多圈电位器来实现对物体位置的精确测量，并引入局部闭环反馈控制环节反馈给单片机对误差进行修正，从而达到对物体的控制和对坐标点的准确定位。系统采用脉冲宽度调制技术来控制电机驱动L298N，来实现对电机的转速、转向、启停等多种运行状态进行准确的控制。系统采用红外光电传感器来实时检测电机的速度和画板上的黑色曲线轨迹，从而通过反馈给单片机来来控制物体沿着曲线运动。关键词：单片机;运动轨迹；多圈电位器；脉宽调制；红外反射光电传感器；电机Design of Control System of Suspension Movement Track Based on MC
7、UAbstractIn the modern daily life and production, wide application of suspension motion control system based on MCU gained popularity,which related to the factory production line, aerospace and medical equipment system.Priority among priorities of suspension motion control system based on MCU is the
8、 movement accuracy of the suspension parts, which plays a decisive role in the various systems.But in the actual production and life ,to improve the accuracy of suspension motion control system based on MCU motion control system based on SCM with the changing trajectory of the suspension components
9、to control the length of the rope suspension components, which in all areas of application in daily life is very extensive. because of the serious defects of accuracy, practical suspension motion control system based on MCU many aspects.Suspension motioncontrolis essentially amotor control system ba
10、sed onthe object,which through the motor controlin the range of 80cm*100cmfor a straight line,round,tracing andarbitrarycurve,and it can display theposition coordinatesof the moving objects in the movement time.The design uses AT89C52 microcontroller as thecore controllerto realize theautomatic cont
11、rol of thetrajectory of moving objects,and through themulti turn potentiometerto achieve accurate measurementofthe position of the object,and it introduces local closed-loopfeedback control linkfeedbackto the microcontrollerforerror correction,so as to achieveaccurate positioningcontrol of the objec
12、tand thecoordinate point.The systemadoptsthe technology of pulse width modulationto control the motordriveL298N ,in order to achievethe speed of motor,steering,start and stop theaccurate controlthe running state.The blackcurvesystem usesinfrared photoelectric sensorto detectthe speed of the motorand
13、the drawing board and through thefeedback to the microcontrollerso as tocontrol themovement ofobjectsalong a curve.KEY WORDS:singlechip;Sport trajectory；Loopy potentiometer；PWM；Infrared photosensor；DC Motor1 绪论 11.1论文选题背景及研究意义 11.2国内外研究现状 21.3论文研究的主要内容 32 方案论证 42.1 系统设计要求 42.2 系统方案论证 52.2.1电源部分方案论证
14、62.2.2电机选择论证 62.2.3驱动及调速方案论证 72.2.4电机速度采集模块方案论证 72.2.5寻迹部分方案论证 82.2.6显示及键盘模块方案论证 82.2.7控制方式论证 93 硬件电路设计 103.1硬件系统整体结构简介 103.2电源部分电路设计 123.2.1 7805芯片介绍 123.2.2 电源部分电路 133.3电机控制模块设计 133.3.1 L298N芯片介绍 133.3.2 电机驱动模块设计 143.4电机速度采集设计 143.4.1 ADC0832介绍 163.4.2电机速度采集电路 163.5 寻迹部分电路设计 173.5.1寻轨迹控制策略 173.5.2
15、 寻迹模块电路 183.6显示模块设计 193.6.1 MAX7219介绍 193.6.2 显示模块电路 193.7键盘模块电路设计 203.8 主控制器模块设计 223.8.1 AT89C52介绍 223.8.2 单片机最小系统 264 软件部分设计 284.1 理论分析与计算 284.1.1 位移数据转换方法 284.1.2 点到点运动核心算法 284.1.3误差补偿 294.1.4 画圆数学模型 304.2 程序流程图 304.2.1主流程图 304.2.2定点运动子程序 314.2.3 画圆子程序 324.2.4寻迹子程序 335 总结 35致 谢 36参考文献 37附录：系统电路原理
16、图 381 绪论1.1论文选题背景及研究意义悬挂运动控制技术是自动化技术的重要组成部分，是机器人等高技术领域的技术基础，已取得了广泛的工程应用。悬挂运动控制集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术等内容。自二十世纪八十年代初期至今，运动控制器已经开始在国内外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用。而刚开始运动控制器在我国的应用规模和行业面很小，国内也没有厂商开发出通用的运动控制器产品。但是在实际的生产生活中提高基于单片机的悬挂运动控制系统的精确性具有相当大的难度。虽然凭借不断改变悬挂部件的绳索长度来控制悬挂部件的运动轨迹的基于单片机的悬挂运动控制系统，在日常生产生活中的各个领域应用十分广泛，但
17、是由于精确性的严重缺陷，在很多方面基于单片机的悬挂运动控制系统的实用受到严重制约。采用FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统核心控制器，虽然FPGA具有可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好等优点，并且可利用EDA软件进行仿真和调试。但是FPGA采用并行工作方式，系统的处理速度很高，常用于大规模实时性要求较高的系统。所以本系统设计中，FPGA的高速处理能力得不到充分发挥。故在本次设计中，是以单片机作为控制核心器件。在本系统设计的基础上还可拓展成基于三线悬挂结构的运动控制装置。三线悬挂是指，将三根线系于一点并悬挂重物，并且三根缆线分别挂在三个固定滑轮上，由电机驱动的三个绕线
18、电机分别控制其长度，进而控制悬挂重物在三维空间中的位置。其中原理和悬挂轨迹控制系统有异曲同工之妙。本设计的研究意义在于，悬挂运动控制系统广泛应用于工业控制、车辆运动、航空航天和医疗设备等系统中，有巨大的实际应用价值。另外，面对日益能源紧张的现状，研究本设计从而进一步深入了解悬挂运动控制系统，有利于我们合理、经济、高效地利用电能资源。1.2国内外研究现状十九世纪八十年代以前，在悬挂运动控制系统领域中只有直流电气传动；十九世纪末，由于出现了交流电机（鼠笼式异步交流电机），所以开始逐步使用交流电气传动；二十世纪三十年代起，产生成了直流调速，交流不调速的格局；二十世纪后期，交流调速逐步兴起，悬挂运动控
19、制系统进入了一个全新的时代。现在的自动化控制系统中的主导的核心控制器是建立于网络平台的嵌入式结构和开放式结构的通用运动控制器。运动控制技术的标准是高速度、高精度，对于繁杂的高速实时多轴插、补误差补偿、运动轨迹规划和更加复杂的运动学、动力学计算，可以借助数字信号处理器和现场可编程门阵列技术进行处理，从而系统能够更加开放，进而能够参照不同用户的不同应用需求进行客制化重组，不仅满住了客户的需要，而且大大节省了时间和成本，提高了工作效率。目前运动控制器从结构上大致分为三大类：（1）基于计算机标准总线的运动控制器；（2）Soft型开放式运动控制器，它不仅提供给用户最大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计
20、算机中，而且硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部IO之间的标准化通用接口；（3）嵌入式结构运动控制器，这类运动控制器是把计算机嵌入到运动控制器中，能够独立运行。国外发展现状：悬挂运动控制技术作为自动化技术的一个重要分支，在二十世纪九十年代，国际上的发达国家已经进入了快速发展阶段。由于有强劲市场需求的推动，悬挂运动控制技术发展飞速并且应用极为广泛国内发展现状：我国在运动控制器开发方面相对落后，“八五”期间，我国广大科研工作者开发了两种数控平台和“华中型”、“蓝天型”、“航天型”、“中华型”等四种基本系统。但从整体来说这些系统是数控系统，不属于独立的开放式运动控制器产品。我国的自动控制技术还亟待发展
21、。1.3论文研究的主要内容本文设计的悬挂运动控制系统是一种电机控制系统, 集成了电子技术、电机拖动、计算机控制技术和单片机技术等。本系统设计中以单片机为控制核心，由直流电机、驱动电路为执行设备，结合电源模块、4*4键盘及LED显示屏等部分构成的悬挂运动控制系统。本文算法设计针对线段轨迹的运动的特点，把物块的位移量折算成多圈电位器转动圈数，通过单片机逻辑运算确定物块位移位置进而控制电机拖动物块运动。对于圆周运动，采用微分曲线直线逼近法的方法来实现。这种算法首先运算出圆周上各点，再调用定点运动子程序进行执行。论文详尽论述了悬挂运动控制系统的各个模块方案选择及设计、硬件电路的设计及运动轨迹的控制算法
22、的论证与选择。通过建立所需运动轨迹曲线的参数方程，简化运动控制模型，进而按照算法对两组驱动步进电机进行控制，最终实现悬挂物体在给定的范围内的定点运动、圆心可任意设定的圆周运动等功能，并且完成了通过人机界面对物体所作运动进行设定，再通过液晶显示屏实时显示画笔所在的坐标值等发挥要求。 2 方案论证2.1 系统设计要求设计一个悬挂运动控制系统，控制物体在倾斜的板上运动（仰角100度）。在一个贴着白纸的底板上固定两个滑轮，两个电机（固定在板的下方两端）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围大致为80cm*100cm，物体形状不限。物体上必须固定有浅色的画笔，以便物体运动时能在板上留下运动轨迹
23、。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点（也可自己设定），示意如图2.1所示：图2.1 实物示意图基本要求：（1）悬挂运动控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）悬挂运动控制系统能够控制物体在80cm*100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体运动时能在板上画出轨迹；（3）悬挂运动控制系统能够控制物体作圆心（可任意设定）、直径为50cm的圆周运动；（4）悬挂运动控制系统能够控制物体从左下角坐标原点出发，在限定时间内到达设定的一个坐标点（两点间直线距离不小于40cm）扩展要求:（1）悬挂运动控制系统能够显示物体中画笔所
24、在位置的坐标；（2）悬挂运动控制系统能够控制物体沿板上标出的任意曲线运动，曲线需在测试时现场标出，线宽1.5cm-1.8cm，总长度大概为50cm，颜色为黑色，曲线的前一段是连续的，长约30cm，后一段是两段不连续的，总长约20cm，间隔距离不大于1cm，所有控制运动需要在限定时间内完成。2.2 系统方案论证方案一：采用FPGA为核心控制器，FPGA的最大特点是灵活，可以实现任意数字电路，FPGA运行速度很快，可以把外部时钟频率和核心频率达到几百兆，FPGA的管脚较多，容易实现大规模系统实现，FPGA内部程序并行运行，能够处理很复杂的逻辑运算，此外，FPGA有大量软核，可以方便进行二次开发。但
25、是FPGA价格昂贵且难以熟练掌握。方案二：采用DSP（数字信号处理器）作为系统的控制器，DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，是程序和数据分别存放在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠，这大大提高了运行速度。DSP的强大数据处理能力和高运行速度是它的两个最大特色，但是价格昂贵，不利于该系统的使用。方案三：采用单片机作为该系统的控制核心,单片机又称微型单片机，它最早被应用于工业领域，它是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、时钟、定时器计数器。单片机经济实惠，成本相对较低，并且单片机结构简单，容易理解掌握工作原理，进而编程简单易懂，适合学生设计使用。根据以上分析及实际考虑，故选择方案三。系统总体框图如图2.2所示。图2.2系统整体框图2.2.1电源部分方案论证所有元器件都采用统一电源。这样供电虽然比较简单方便，但是由于电动机启动瞬间电流较大，并且给定脉冲信号驱动的电机电流波动比较大，会行成电压不稳、有毛刺等干扰，可能对单片机系统造成严重的干扰，缺点十分明显。采用双电源供电。将步进电机驱动电源（12V）和单片机的供电电源（5V）分开使用，这样设计可以彻底避免电机驱动所造成的电流波动的干扰，提高了系统运行的稳定性。基于上述考虑，故选择方案二。2.2.2电机方案选择论证采用直流电机控制绳子的长度。直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在调速方便（可
