悬挂运动控制系统,电子设计大赛
CDIO模式在《运动控制系统》教学体现论文
CDIO模式在《运动控制系统》教学中的体现摘的要:cdio 教学模式突破了传统的教学模式,以工程项目为载体,从科研到运行为生命周期,体现了基于项目学习的教育理念和做中学的原则,充分发挥了学生的主体地位和教师的主导地位,促进了教学效果的提升。
本文以《运动控制系统》课程的教学为例,阐述了应用cdio模式的意义、实施方案及教学反馈等。
关键词:cdio模式运动控制系统教学反馈《运动控制系统》是高等职业院校电气自动化专业开设的一门专业核心课。
它集知识传授、技能培养于一体,实践性很强,要求学生既要学好理论知识,又要掌握实际操作技能。
以教师讲解为主,学生进行模仿的传统教学方式无法充分调动学生的参与积极性,解决实际问题的能力得不到体现。
笔者在认真研究高等职业教育培养目标,弄清《运动控制系统》的基本教学要求后,在《运动控制系统》教学中引入了cdio模式,既发挥了教师的主导作用,又体现了学生的主体作用,充分展示了现代职业教育“以能力为本”的价值取向,使课堂教学的质量和效益得到了大幅度的提高。
一、cdio教育模式简介cdio工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。
从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得knut and alice wallenberg基金会近2000万美元巨额资助,经过四年的探索研究,创立了 cdio 工程教育理念,并成立了以 cdio命名的国际合作组织。
cdio代表构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)和运作(operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。
cdio 培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
cdio 的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念,更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。
全国电子设计大赛报告
全国电子设计大赛报告 Hessen was revised in January 20212013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】摘要：通过对该测控系统结构和特点的分析，结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。
通过采集的角度值与平衡位置进行比较，使用PD算法，从而达到控制电机的目的。
其工作过程为：角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D采样后反馈给主控制器。
控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理，从而对电机的转动做出调整，进行可靠的闭环控制，使用按键调节P、D 的值，同时由显示模块显示当前的P、D值。
关键字：倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法目录一、设计任务与要求1 设计任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及控制装置。
旋转倒立摆的结构如图1所示。
电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂C旋转。
摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端，当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。
如下图所示2 设计要求基本要求：①摆杆从处于自然下垂状态开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过﹣60°~+60°；②从摆杆处于下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；③在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近165°位置，外力撤出同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s；期间旋转臂的转动不大于90°。
发挥部分：①从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使摆杆摆起倒立，保持倒立时间不少于10s；②在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内回复倒立状态；③在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动，并尽快使单方向转过角度达到或超过360°。
运动控制系统讲解
1绪论电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被陈为调速系统。
L1前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统儿乎都采用直流调速系统，但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统也日趋广泛。
单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。
1.1直流电机的调速方法和可控直流电源直流调速系统是自动调速系统的主要形式，它具有良好的起、制动性能，可以在较宽的调速范围内实现平滑调速，较快的动态响应过程，并且低速运转时力矩大这些极好的运行性能和控制特性，尽管直流调速系统中的直流电动机不如交流电动机］那样结构简单、制造和维护方便、价格便宜。
但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。
但是就LI前来看，在纺织印染、造纸印刷、数控机床、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、通讯设备、雷达设备，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它乂是交流调速系统的基础。
因此，本书先着重讨论直流调速系统。
1.2课程设计目的课程设讣是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。
运动控制系统课程设汁，要求学主更多的完成软硕结合的动手实践方案，解决LI前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《运动控制系统课程设计》是继《电子技术》、《电力电子技术》和《运动控制系统》课程之后开出的实践环节课程，其U的和任务是训练学生综合运用已学课程电子技术基础、电力电子技术、运动控制系统的基本知识，独立进行运动控制系统应用技术和开发 工作,掌握运动控制系统设讣、调试和应用电路设计、分析及调试检测。
全国大学生电子设计大赛论文
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【1101003组】2013年9月7日简易旋转倒立摆及控制装置（C题）摘要本系统采用自制的简易旋转倒立摆及控制装置，以16 位单片机(STC89C51)作为旋转倒立摆的检测和控制核心，以额定电压12V的步进电机驱动，通过加速度传感器（ADXL345）转变的角度传感器测定摆杆角度变化来定位摆杆的位置。
系统采用角度传感器（ADXL345）探测在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动前进；同时通过编码器及PID控制算法实现了步进电机的转速和转向进行调节，以准确找到平衡点位置。
控制器的设计是倒立摆系统的核心内容，主要用到典型的控制器设计理论有PID控制、根轨迹以及频率响应法、状态空间法、最优控制理论等。
本系统可在较短时间内完成摆杆从自然下垂状态，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，寻找平衡点等任务。
关键词:角度传感器；旋转倒立摆；模糊控制；最优控制理论；目录1系统方案......................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1电机方案的论证与选择 (1)1.2 控制系统方案的论证与选择 (2)1.3 角度测量方案的论证与选择 (2)2系统理论分析与计算 (2)2.1 角度检测模块的分析 (2)2.2 控制方法的理论 (3)2.3 设计思想理论分析 (4)2.4 理论计算 (4)3电路与程序设计 (6)3.1电路的设计 (6)3.1.1系统总体框图 (6)3.1.2 电机驱动模块设计 (7)3.1.3 角度传感器模块 (7)3.1.4电源模块 (7)3.2程序的设计 (7)3.2.1程序功能描述与设计思路 (7)3.2.2程序流程图 (8)4测试方案与测试结果 (8)4.1硬件测试 (8)4.2 测试条件与仪器 (9)4.3 测试结果 (9)4.3.1不同脉冲时间间隔对应速度测试 (9)4.3.2摆杆达到指定高度往复运动的时间测试 (10)4.3.3摆杆达到指定度数的测试 (10)4.3.4摆杆选择和配重平衡测试 (10)4.3.5摆杆完成圆周运动测试 (11)4.3.6基本功能（3）测试 (11)4.3.7测试分析与结论 (12)5结束语 (12)6参考文献 (12)附录1：电路原理图 (13)附录2：电机驱动原理图 (14)附录3：稳压模块原理图 (15)附录4：主程序 (16)附录5：角度传感器子程序 (18)简易旋转倒立摆及控制装置（C 题）【本科组】1系统方案本系统主要由系统模块、角度检测模块、电机驱动模块、电源模块组成。
运动控制系统
一、运动控制系统的定义与分类定义：以机械运动的驱动设备－－电动机为被控对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统。
分类：（1）按被控物理量分：以转速为被控量的系统叫调速系统，以角位移或直线位移为被控量的系统叫随动系统（或伺服系统）。
（2）按驱动电动机的类型分：用直流电动机带动生产机械的为直流传动系统，用交流电动机带动生产机械的为交流传动系统。
（3）按控制器的类型分：用模拟电路构成控制器的系统为模拟控制系统，用数字电路构成控制器的系统为数字控制系统。
二、直流调速方法答：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通 ；（3）改变电枢回路电阻R。
三、常用的可控直流电源答：（1）旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。
（2）静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
（3）直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压四、三种调速方法的性能与比较答：对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
五、V-M系统的特点答：晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。
在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级, 这将大大提高系统的动态性能六、V-M系统的问题答：（1）由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
（2）晶闸管对过电压、过电流和过高的d V/d t与d i/d t 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。
（3）由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。
个人简历-电子专业
姓名：XXX 电话：XXX自我评价◆性格开朗、有活力，待人热情、真诚、大方；◆工作认真负责，积极主动，脚踏实地，能吃苦耐劳； ◆思维敏捷，较强的动手实践能力和团体协作精神 ◆具备丰富的专业知识和社会实践工作经验；◆热爱运动，身体素质优秀，能适应工作中各种情况；◆较强的适应、自学能力，较强的管理、组织能力，良好的人际关系；获奖情况◆2010年6月，评为学生会“优秀干部”； ◆2010年6月，评为“优秀教学信息员”；◆2011年9月，全国电子设计大赛安徽赛区三等奖 ◆2011年11月，院羽毛球比赛一等奖；◆2012年5月，安徽省达内杯程序设计大赛三等奖； ◆2012年5月，淮南市青少年电子制作大赛一等奖； ◆2012年8月，全国飞思卡尔智能车大赛安徽赛区三等奖 ◆2012年10月，获“国家励志奖学金”；◆2010年—2012年，多次获一、二等奖学金，被评为“优秀干部”、“三好学生”；技能水平◆安徽省一级证书，熟悉windows 操作系统，熟练掌握office 办公软件； ◆国家计算机二级证书——C ，C++，具备熟练运用C 编程能力；◆掌握AutoCAD2010、Matlab R2010a 、GX Simulator6-C 、VC++6.0等软件的基础使用； ◆熟练运用Proteus 、Keil C 、Altium.Designer 、Codewarrier 5.0、ICCA VR 等软件进行电子电路设计及软件仿真，设计常用的电子器件；求职意向◆理想岗位：开发/电子工程师/技术支持相关职位◆理想公司：有较好的发展前景和晋升机会/有良好的管理机制/较强的市场生存能力姓名 XX性别X 出生年月 X 相 片毕业院校 XX 专业 电子信息 科学与技术 学历 本科 XXX 政治面貌 党员 民族 汉身高176cm健康 状况优秀爱好特长 运动籍贯XX联系电话XX邮箱 XX◆2009-至今，学习委员，拥有丰富的统筹协作能力；◆2009-2010，学生会系干，做事认真负责，严于律己；◆2010-2011，电信，移动校园代理，兼职家教、派单，具备一定的社会实践经验；◆2011-2012，电子设计协会外联部长，具备极富的与人交际能力；◆2011年7月-2011年9月，校电子设计大赛培训，熟练运用51、AVR单片机；◆2012年3月-2012年8月，校飞思卡尔竞赛培训，学习PID控制算法，OV7620摄像头；部分作品循迹避障智能车小型电子秤悬挂运动控制系统生活照。
电气自动化技术专业单招自我介绍
电气自动化技术专业单招自我介绍 全文共3篇示例，供读者参考 电气自动化技术专业单招自我介绍1 尊敬的贵公司领导： 您好!我叫张xx，是xxx职业技术学院电气工程系电气自动化专业xxx班的应届毕业生。本专业主要培养电工技术、plc编程控制与维护技术、组态技术、控制理论、电子cad应用等宽领域的专业知识。
我曾在日本xx株式会社在华独资企业之一的重庆xx公司任职，职务是设备保全/动力设备维护管理。我公司生产现场/设备大量使用omron电气产品，例如：安全用光电传感器，安全门开关，继电器，plc等等。加上xx公司与omron企业年在北京，天津进行的关于omron系列传感器样本及工作原理及日本fanuc数控系统，mitsubishi，人机界面，等方面的专业培训。这些经历帮助我在近4年的时间里对日资企业有全方位的了解，并对 omron产品有较深刻的理解和认识。另外我对机械/电气/电子/计算机领域的专业英语术语有良好的掌握，日语入门会用，计算机操作熟悉(ms office ，auto cad)，在此之前也有超过1年的商品销售资历，3年民营/私企工作经历，符合职位描述基本要求。
当今是一个机遇与挑战并存，知识与能力齐驱的时代，只有不断地完善自我，才能成为激烈竞争中的弄潮儿，而几年的大学生活正提供了这一契机，让我受益菲浅，在良好的环境中进行学习与磨练，塑造一个全新的自我。最重要的是培养了我吃苦耐劳的精神，脚踏实地的作风，较强的社(转载自中国教育文摘，请保留此标记。)会工作能力。为了使自己能够全方位的发展，更好的适应这个日新月异的社会。
几年的学习中，我广泛涉猎了《物理》，《机械制图》，《计算机应用基础》，《c语言》，《电工基础》，《模拟电子技术基础》，《数字电子技术基础》，《工厂电气设备控制》，《电力及电机拖动》，《单片机原理与应用》，《传感器技术》，《工厂供电技术》，《电力电子变流技术》，《可编程逻辑控制器》，《photoshop图像处理技术》，《数控机床应用技术》，《可编程控制器应用技术》，《组态王》等方面的知识，先后参加学院组织的《工程概预算》，《电子商务概论》，《电气故障查找》，《设备改造技术》，《市场经济》等各类选修课。并把理论知识应用于实际操作中取得了国家技能鉴定的特种特种作业操作证，高级电工证。
运动控制系统的设计与实现
运动控制系统的设计与实现第一章引言运动控制系统是指通过控制机械和电子设备的运动，以实现某些特定的目标。
它的应用范围很广，包括工业、农业、医疗、交通等领域。
在本篇文章中，我们将重点讨论运动控制系统的设计与实现。
第二章运动控制系统的组成运动控制系统主要包括以下几个方面的组成：1. 传感器：用于检测被控制物体的位移、速度、加速度等参数。
2. 执行器：用于对被控制物体进行控制，例如电机、液压缸等。
3. 控制器：用于接收传感器采集的数据，根据预设的控制算法计算出控制信号，控制执行器对被控制物体进行控制。
4. 供电系统：为控制器和执行器提供电源供应，保证运动控制系统的正常运转。
第三章运动控制系统的设计运动控制系统的设计是一个复杂的过程，需要针对具体的控制对象进行定制化设计。
下面讨论运动控制系统设计中的几个重要方面。
1. 传感器的选择传感器的类型根据被控制物体的不同而不同，例如在控制机械臂的过程中，需要使用角度传感器、位移传感器等。
传感器的精度和灵敏度对于控制系统的性能和稳定性有着很大的影响，在设计中需要根据实际需要灵活选择。
2. 控制算法的设计控制算法是运动控制系统的核心，需要根据被控制物体的特点和控制目标进行设计。
例如在机械臂的控制中，可以采用PID控制算法进行位置控制，速度控制和力矩控制。
3. 控制器的选择控制器一般有单片机、PLC或者工控机等。
在选择控制器时，需要根据控制的任务和要求，选择适合的控制器。
例如在小规模控制任务中可以使用单片机，但在复杂控制任务中需要使用工控机。
4. 系统的可靠性设计在运动控制系统的设计中，需要考虑到系统的可靠性，尽可能的降低故障率。
例如可以采用备件系统来解决某些关键部件故障的处理。
第四章运动控制系统的实现运动控制系统实现主要包括以下几个步骤：1. 系统的硬件搭建系统的硬件包括传感器、执行器、控制器、供电系统等。
在搭建过程中需要特别注意硬件的兼容性和稳定性。
2. 控制算法的编写控制算法的编写一般使用C语言、Python等编程语言进行编写。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
题目：悬挂运动控制系统（E题）作者：李可辉李亮刘刚赛前指导教师：尹仕文稿整理辅导教师：尹仕摘要本系统在嵌入式操作系统基础上，使用两块单片机协调工作，对悬挂物体的运动进行实时控制。
系统通过两个步进电机的配合完成了平面任意曲线运动，通过光电传感器配合循迹算法迅速有效地完成了循迹运动。
运动的精度为毫米级，过渡时间不超过1分钟。
同时，使用了点阵式LCD配合PS/2鼠标等外围设备，提供了良好的交互界面。
AbstractThis design bases on an embedded operating system, and uses two pieces of SCM to take real time control of a suspender’s movement in a planar plane. The system can move in any designed way with the cooperation of two step-motors, and do a quick tracing movement because of a special arithmetic, which is based on an array of photoelectric sensors. The position’s precision of the movement can achieve a level of millimeter, and its transition time is less than 1 minute. Meanwhile, with a LCD and a mouse which follows PS/2 protocol and other input/output devices, it can provide a friendly and humanistic man-machine conversation.一、方案论证与比较从控制系统的角度来看，采用闭环控制方式比采用开环控制的效果要好。
但在闭环方式的控制系统中，一般都需要反馈信息。
就本赛题而言，如果使用闭环方式进行控制，系统必须得到物体位置的反馈信息。
在方案论证的过程中，我们发现要取得物体位置反馈信息相当困难，采用纯粹的闭环方式控制的难度太大。
同时，我们发现如果采用步进电机作为控制系统的执行机构的话，由于步进电机在不失步时不产生累计误差的特性，可以使用开环的控制方式。
经计算表明，采用较小步距角的电机和不太大的绕线轴半径时，系统可以很好地满足赛题的设计指标要求的。
因此，决定使用步进电机控制的方案，整个系统的总体控制结构是开环的。
以此为基础，下面对系统各子模块的方案进行论证。
1）电机驱动方案方案一：使用专用电机驱动芯片。
专用驱动芯片内部的压降一般比较低，在驱动电路上的功耗较低。
因此是一种比较合适的选择。
方案二：使用分立器件自做电机驱动电路。
可以用场效应管搭建H桥式驱动电路，简单方便。
但如果器件选择不当，可能会产生较大的压降，附加功耗增加，使电路过热甚至烧毁电路。
从系统稳定性和功耗上考虑，本系统选择了方案一。
2）单片机结构方案方案一：使用单MCU结构。
单MCU结构可以有效利用单片机的硬件资源，在系统现有硬件的基础上尽量实现系统更多的功能，这是每一个系统的设计者努力追求的目标。
为了降低系统硬件成本，使用单MCU结构是较好的方案。
方案二：使用双MCU结构。
就本赛题来说，其硬件制作相对较少，如何在有限的几天内更好地利用人力资源，开发出更好的、更完善的系统将成为一个必须面对的问题，而且双MCU结构易于扩展升级。
因此，本系统使用了双MCU的结构来开发系统软件。
3）循迹模块方案方案一：采用CCD传感器，通过图像识别确定黑线轨迹。
此方案循迹稳定，但实现难度较大。
方案二：采用反射式红外传感器，根据白纸与黑线的反射率不同辨别轨迹。
使用传感器组成阵列可以探测出轨迹的所有延伸方向，满足循迹的要求。
本系统使用了方案二。
4）输入输出模块方案良好的人机交互界面使得设计更加人性化。
为方便操作者对整个控制过程有直观的认识，决定使用240×128点阵式LCD实时地显示运动物体的运动轨迹和参数。
同时，为了扩展系统性能和方便操作，系统在使用4×4键盘的基础上再添加一个PS/2鼠标，打算用来任意操作物体的移动。
经上述方案设计与论证，得到系统的总体框架图如图1所示。
单片机2（SPCE061A ）电机驱动电路右步进电机LCD 显示（240×128）键盘鼠标传感器双机通讯单片机1（SPCE061A ）左步进电机图1 系统总体方框图二、系统原理与分析1．步进电机特性步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，使得步进电机只有周期性的误差而无累积误差。
这一特性是整个系统方案的基础。
为了不产生累积误差，必须保证步进电机的运行不失步。
这和其运行矩频特性密切相关，如图2所示。
图2 运行转距－频率特性可见，对步进电机的驱动信号存在一个必须避开的频率――共振频率f 0。
在本系统中，使用了电机是四相步进电机，步距角为1.8°，采用四相八拍驱动方式，最小区分角为0.9°，实测共振频率在510Hz 左右，故系统所使的用每秒脉冲数（简称PPS ，Pulse Per Second ）应远小于共振频率以避开共振点。
2．物体运动的处理办法根据“以直代曲，以割代弧”的思想，所有曲线上的弧线上都可用其割线代替。
只要能够平滑、精确地完成任意两点的移动，就能够完成按任意曲线的运动。
由于重力作用，在由过悬挂滑轮的直线分割的二维平面的下半平面内，由X-Y 坐标系的一对坐标(X,Y)能唯一确定物体到两悬挂滑轮的距离。
为了处理方便，可以使用以两悬挂滑轮为原点的自然坐标对（L(x,y),R(x,y)）来表示物体的位置。
此时，L 为物体到左边悬挂滑轮的距离，R 为到右边悬挂滑轮的距离。
设有两点间的移动：(x1,y1)→(x2,y2)，则可转化为(L1,R1)→(L2,R2)的移动。
记ΔL=L2-L1，ΔR=R2-R1，设fL 为左边步进电机驱动的PPS ，fR 为右边步进电机驱动的PPS ，欲使两点间的运动曲线为直线，则应满足以下关系：L R fR fL ∆∆=（式1） 而步进电机的转动方向则由ΔL 及ΔR 的正负来确定。
实践证明，这种驱动方式可以得到平滑的直线轨迹。
3．循迹黑线的探测及循迹算法在以画笔为中心，半径22毫米的圆周上安装了8个反射式红外对管作为轨迹探测传感器，安装方式如图3所示。
6+1模8运算图3 轨迹探测传感器安装方式 图4 方向调整示意图根据图3安装方式及安装半径，只要系统的采样频率足够高，轨迹是无法脱离探测范围的。
但由于使用了8个传感器，不同传感器信号间的组合太多，使用一般穷举办法难以实现循迹控制，因此自己设计了一套循迹算法。
如图4，定义了物体循迹时运动的8个方向，图中黑箭头（1号方向上）表示物体当前的循迹方向。
循迹时，使用变量Direct表示当前物体运动方向，物体每次运动时先按当前方向向前步进一段固定的距离，然后检测采样传感器信号并调整Direct，再沿新的Direct方向步进。
由于所给的曲线是连续的，所以每次调整Direct只能是＋1或－1。
如图4所示，Direct在需向左偏时则Direct 加1，需向右偏则减1，继续前进则保持不变。
由于只有8个运动方向，所以对Direct的运算需在模8的范围内（0～7）进行。
现在考虑如何决定左偏或右偏的问题，使用上述调整办法只需要根据Direct 的前后方向及左右方向的四个信号对Direct调整即可。
如图4中仅需根据1、3、5、7方向的信号对Direct调整。
由于每个方向上±1和保持不变的传感器信号是一定的，故对8个方向上的调整策略用一个静态数组的形式保存起来，调整时直接查表即可，方便编程。
这种循迹算法大大地减少了循迹运动的调试时间，为整个作品成功的完成打下了基础。
当每次步进的距离较小时，若在Direct方向的前、左、右三处的传感器同时发现是白纸，则表明传感器探测到了曲线的间断部分或尽头，此时应根据前几次（2～3次）Direct的平均值作为探索方向，再向前步进2～3步，保证循迹的正确停止。
在取平均值时，需对7→0和0→7的转变作特殊处理，否则可能出错。
实践证明，按照上面的办法循迹迅速稳定，并且不会受交叉线的影响。
由于轨迹线有一定宽度，实际的轨迹不可能转折得十分迅速，当步进距离较小时，甚至可以完成锐角的循迹。
本系统使用的步进距离是8毫米，效果很好。
三、系统各模块电路设计及分析1．步进电机驱动模块图5为采用L297和L298所组成的步进电机驱动电路。
图5 四相步进电机驱动电路2．LCD显示模块（略）3．PS/2鼠标模块本作品使用了240×128点阵式LCD作为显示工具，屏幕相对较大，故添加了PS/2鼠标作为输入设备。
PS/2鼠标使用TTL逻辑电平，与单片机接口方便，使用串行数据传输方式工作，占用单片机IO口少，且价格便宜，是一种实用的外围设备。
图6为PS/2鼠标接口的连接图。
图6 PS/2鼠标接口图当系统启动时，鼠标需要完成初始化工作。
本作品仿照个人电脑启动的方式完成了鼠标的初始化工作，并且最终将鼠标设置为如下方式：工作模式：Stream 模式采样速率：100采样点/秒分辨率：4个计数值/毫米缩放比例：1：1数据报状态：禁止滚轮功能：未开没有使用滚轮功能，其数据包格式如表1所示。
表1 鼠标数据包格式数据包即可知道鼠标的全部动作，然后用软件根据需要处理即可完成移动、单击、双击等功能。
4．串行键盘模块（略）5．传感器模块采用了8个反射式红外对管ST168组成探测轨迹的传感器阵列。
8个传感器信号通过一个移位寄存器74HC165转换成串行数据，送往单片机处理，为循迹算法提供必要信息。
电路如图7所示，图中仅画出一路传感器的连接，其它7路传感器的信号分别连接到P1～P7引脚上。
图7 传感器及信号处理电路6．电源模块用了三片大功率稳压片LM78H05K作为电源，其中两个分别给两个步进电机供电，第三个给其它所有器件供电。
四、系统软件设计1．作品软件特色嵌入式操作系统可以有效地管理硬件资源，加快开发周期，增加系统稳定度。
使用嵌入式操作系统开发系统，是对设计者思维的一种解放，使系统设计者可以将精力集中在对整个系统核心的设计上，而无需把精力过分地消耗在硬件细节上。