悬挂运动控制系统设计报告
悬挂运动控制系统
悬挂运动控制系统（E题）作品编号：E甲1005指导老师：姚福安万鹏参赛学生：王骞自动化专业杨荣秋计算机专业姜润华生物医学工程专业悬挂运动控制系统（E题）摘要：本设计采用凌阳16位单片机SPCE061作为悬挂运动系统的中央控制单元，在主要实现由电机控制的悬挂物限定的时间内沿指定轨迹运动，用画笔画出运动轨迹，zlg7289键盘设定坐标点参数功能基础上，还扩展了物体沿标定黑线寻迹运动，液晶动态显示画笔位置等功能。
悬挂物体采用两个步进电机控制，完成指定运动。
步进电机由自行开发的PIC16F873单片机最小系统板控制，避免占用中央控制单片机太多的I/O口资源。
由反射式光电传感器实现对所画黑线的检测，并创新地使用无线方式传输信息。
关键词：悬挂运动，步进电机，光电检测，无线传输。
Appending Movement Controlled SystemAbstract:The appending movement system is based on the central control microcontroller，LingYang SPCE061A。
Firstly，we can input the coordinates parameters by the keyboard zlg7289。
The appending object which is motored by two step-motors can move by the designated way and the pen fixed in the object can draw the line 。
What's more，the position of the pen can be displayed on the LCDscreen at the real time。
A pair of reflect-infrared sensors are applied on the appending object，which can detect the black line。
悬挂运动控制系统中软件算法设计与综合调试
系统中驱动装置采用步进 电机 ，由于 步距角是一定的 ，转速与单位时 间所给脉 冲 数是 成正 比的 ，在 转 动时 线距 离 可 以 很 容易计算出来 ， 停止时也不存在惯性 ， 易控 制 ，应 用于 控 制 精 度要 求 较 高 的场 合 。 在寻迹检测方面 ，系统采用反射式光 耦。 遇见黑色物体 ， 发射管发射的光线被黑 色物体 吸收 ， 接收管截止不导通 ， 出一种 输 电平信号； 遇见 白色物体或浅色物体 ， 由于 物体反光 ， 使光耦接收管 导通 ， 输出另外一 种 电平信号 ；单片机可以根据光耦输 出信 号 的 不 同 ，判断 轨 迹 位 置 ，控制 画笔 的 运 动。 画笔采用 自动控制的方式 ， 在程序 中控 制它的抬起 与落下 。用一个三极 管驱动一 个 电磁 铁 作 为 画 笔的 主 控 元 件 ；当执 行 画 线命令时 ，以高 电平触发三极管使电磁铁 吸合 ， 画笔 落 下；当 画线 命 令取 消 时 ， 以低 电平触发三极管使电磁铁断 电， 画笔弹起。 并且在画笔旁安 了一个发光二极管 ，当画 笔划线时， 二极管点亮 ， 不划线时熄灭 ， 通 过二极管实时显示画笔的状态。为了避免 电磁铁对单片机干扰 ， 采用光电隔离措施。 显 示 电 路 采 用 字 符 型 液 晶 ＡＣ ６２ 液晶显示屏具有轻薄短小、 Ｍ１０ Ａ。 低 压微功耗、体积小 、无辐射危险， 平面直角 显示 及影像稳 定不闪烁等优点 ， 可视面积 大， 画面效果好 ， 分辨率高 ， 抗干扰能力强等 特点。 它足专门用 于显示英文 、 数字 、 符号 等点阵型液 晶显示模块 。 Ｉ 电路 简单 ， 接： １ 不 需 要 扩 展外 围电路 。一片 ７ Ｌ ２ ３ Ｐ ４ Ｓ ７ 将 ０口 分 时 复 用作 为 液 晶 的数 据 输 入 ，用 Ｐ１０ ． Ｐ ．作 为控制线 。 １２
悬挂运动控制系统
悬挂运动控制系统（E题）摘要：本设计采用单片机AT89C55作为悬挂运动的检测和控制核心。
采用四只反射式红外传感器检测板上的黑色曲线，控制物体沿黑线运动。
利用可编程器件GAL16V8实现的脉冲分配器和大功率驱动电路L298共同组成步进电机的驱动电路，结合软件控制电机的转向和转速。
基于可靠的硬件设计和稳定精确的软件算法，实现了物体在斜板上作圆周运动、定点运动和画板上标出的任意曲线运动。
LCD320240作为液晶显示界面容量大，显示内容丰富，通过与键盘结合设置坐标点和选择运动方式，并能直观显示画笔所在的位置，具有良好的人机交互功能。
系统增加了由AT89C51控制的无线数据传输功能实现了对系统的远程控制，并采用双口RAM IDT7132将主控制CPU AT89C55和AT89C51进行隔离，保证数据传输的稳定性和可靠性。
关键词：步进电机，红外检测，双口RAMAbstract: In this design, microcomputer AT89C55 was applied as the control center. Four reflecting-infrared sensors were used to detect black lines and to keep the object moving along the black line. Stepping motors’s turning and rotating speed were controlled by the drive circuit, which are constituted by GAL16V8 and L298. Based on the reliable hardware design and the precise software algorithm, the object has successfully fulfilled circular movements, movements on a certain point and arbitrary curvy movements shown on the board. In order to make the design more intelligent, LCD320240 was employed as display interface, indicating the location of the painting brush intuitionistically. By combining the keyboard and DS1302 LCD, this design has also achieved coordinate points setting and movement manner selecting. The additional function of radio data transmission which is controlled by AT89C51,made available the long-distance control of the system. CPU AT89C55 and AT89C51 are separated by IDT7132 to ensure data stability and security.Key word: stepping motor, reflecting-infrared sensors, dual-port RAM目录1.系统方案论证与比较 (4)1.1 设计思路 (4)1.2 方案选择与论证 (4)1.2.1 总体方案选择与论证 (4)1.2.2 各模块方案选择与论证 (5)1.2.2.1 控制器选择与论证 (5)1.2.2.2 电机驱动方案的选择与论证 (5)1.2.2.3黑线检测方案的选择与论证 (6)1.2.2.4 键盘方案的选择与论证 (6)1.2.2.5 显示方案的选择和论证 (7)1.2.2.6无线数据传输方案的选择与论证 (7)1.3系统各模块的最终方案 (7)2. 系统的硬件设计与实现 (8)2.1系统硬件的基本组成部分 (8)2.2 主要单元电路的设计 (8)2.2.1 单片机控制电路 (8)2.2.2 电机驱动电路 (9)2.2.3 黑线检测电路 (10)2.2.4 键盘/显示电路 (11)2.2.5 无线发射接收电路 (12)2.2.6 自制电源电路 (13)3. 系统的理论分析与计算 (14)3.1物体到达设定坐标点过程的理论分析与计算 (14)3.2 圆周运动理论分析与计算 (15)3.3 黑线检测理论分析 (17)4. 系统的软件设计 (18)4.1系统主程序流程图 (18)4.2 键盘子程序 (20)4.3 指定坐标运动子程序 (20)4.4黑线检测子程序 (20)5. 系统测试与分析 (22)5.1 测试仪器 (22)5.2 测试方案、数据及结果分析 (23)5.2.1 自行设定运动测试 (23)5.2.2 圆周运动测试 (23)5.2.3 指定坐标运动测试 (24)5.2.4 黑线检测测试 (25)6. 结束语 (25)参考文献 (25)附录1：主要元器件清单 (26)附录2 系统原理图 (27)附录 3 系统使用说 (28)附录4 程序清单 (29)1.系统方案设计与比较1.1 设计思路题目要求设计一电机控制系统来控制物体在倾斜（仰角≤100°）的板上运动。
悬挂运动控制系统的设计
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运动 控制系统的设计
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２ 悬挂运动控制系统的软件设计 敏 件 用 Ｃ语 言 编 写 实现 电机 转 速 控 制 ，圆 轨
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图一 系统总体框图 电机 采用纯 粹数 字拉 制的 步进 屯机 ，选 Ｊ ＝ Ｉ ４ ＭＩ Ｃ ３达林顿阵列经过一级功率放 大驱 动步进 电 ４ｌ 机。 控制器采用 Ｌ Ｃ ３ Ｐ ９ ２单片机。Ｌ Ｃ ３ 是 一 Ｐ９ ２ 款单 的转换 转 动的角度大小与施加的脉冲数成正比 ． 转 动的速度 与脉冲频率成ｌ 比， Ｅ 而转动方向则与脉冲的 顺序有关 在速度控 制时为了防止失步的发生，引 进 了变速控 制的思想 ，起 动时以低于 响应频率 的速 度运行 ．然后慢慢加速， 加到一定速度 后 就以此
基于MSP430F449的悬挂运动控制系统设计
基于MSP430F449的悬挂运动控制系统设计费婷婷;刘蓉;周乐意;袁子晴【摘要】This system centered on the low power consumption core platforms of single chip microcomputer system MSP430F449. It consists of Stepper motor control module,infrared sensing module and human-computer interaction module. This system use MSP430F449 realize that the corresponding algorithms produce different states of PWM waves which control motor sport and finally realize the control of pen. System can set any coordinate point parameters via the keyboard. It controls objects mass greater than 100 gram to do movement on the 80cm×100cm whiteboard which is not greater than 100° in elevation, and draw trajectory on the whiteboard. System also can control objects to move along any black intermittent curve on the whiteboard. Pen coordinates and the state of motion is real-time displayed on the LCD.Human-machine interface is friendly.%以低功耗MSP430F449单片机系统平台为控制核心,由步进电机控制模块、红外传感和人机交互3个功能部分组成.由MSP430F449实现相应算法产生不同状态的PWM波,以控制电机的运动,从而实现对画笔的控制.系统可通过键盘任意设置坐标点参数;控制质量大于100g的物体在仰角不大于100°的80cm×100cm白板上做自行设定的运动,并在白板上画出运动轨迹;控制物体沿白板上按标出的任意黑色间断曲线运动.画笔坐标点及各运动状态实时显示在LCD上,人机界面友好.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)011【总页数】4页(P156-159)【关键词】步进电机;红外传感;PWM波;人机交互【作者】费婷婷;刘蓉;周乐意;袁子晴【作者单位】武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079【正文语种】中文【中图分类】TP368在现代的车辆运动、医疗设备和工业控制等系统中，悬挂运动系统的应用越来越多，在这些系统中悬挂运动部件通常是具体的执行机构，因而悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素，因而实际实现悬挂运动控制系统的精确控制具有极其重大的现实意义。
悬挂控制系统的设计【文献综述】
毕业设计开题报告电子信息工程悬挂控制系统的设计一、前言设计的目的：通过运用 AVR单片机与步进电机，来实现步进电机在AVR单片机的控制与驱动下来进行简单的在规定的区域下对直线与圆的制作，从而使同学能够更加的对单片机与步进电机有更深入的了解同时将所学的知识快速运用到实际生活工作中。
选题的意义：首先，控制系统目前应用于各个行业。
在许多设备中都运用了此系统，关于此系统的运用在不同的设备与不同的项目中具有不同的简称。
此处主要是关于利用AVR单片机与步进电机来做一个悬挂控制系统，将此运用于画直线与圆。
其次，所运用的AVR单片机已广泛地应用于军事、工业、家用电器、智能玩具、便携式智能仪表和机器人制作等领域，使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉[1]。
在许多的领域AVR单片机的运用使得整个的系统的设计变得简单易行。
AT90S8535内含可反复编程的Flash程序存储器、SRAM和EEPROM两种数据存储器、定时器/计数器、方向可定义的I/O口、同步串行口、异步串行口、A/D转换器及PWM等丰富的内部资源。
一般的应用系统只需此一块芯片即可实现智能化[2]。
在次，近几十年来，数字技术和电子计算机的迅速发展为此次所用的步进电动机的应用开辟了广阔的前景。
目前，我国已较多地方将步进电机用于机械加工的数字程序控制机床中[3]。
在现代工业，特别是航空，导弹，无线电等工业中，要求加工的机械零件形状复杂，数量多，精度高，人工加工很难到达要求，而且生产效率低。
步进电机在这方面可以显示出自己的优势。
例如现在随处可见的打字机就运用了步进电机。
通过AVR单片机的运用与步进电机的结合，来进行简单的直线与圆的制作，从而将一些书本的知识快速方便的运用到实际生活中，在实际生活中随处可见运用这两种知识的地方。
利用他们的特点可以制作出简单易行切便宜的系统。
AVR单片机：又称单片微控制器，它是将一个计算机系统集成到一个芯片上，概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
悬挂运动控制系统(上)
悬挂运动控制系统(上)摘要悬挂运动是一种现代化的运动方式，已被广泛应用于体育赛事和健身领域中。
悬挂运动的优点在于能够全面锻炼身体，提高协调性和柔韧性。
然而，悬挂运动的高度要求和复杂性也提出了对其运动控制的要求。
本文提出一种悬挂运动控制系统，包括传感器、运算器和执行器等部件，能够准确控制悬挂运动的高度和姿态，保证安全性和有效性，并且该系统可以轻松地添加或减少悬挂绳索以适应各种不同的悬挂运动。
关键词：悬挂运动，控制系统，高度姿态，安全有效性，灵活性。
正文1. 介绍悬挂运动是一种现代化的运动方式，它被广泛应用于体育赛事和健身领域中。
悬挂运动的优点在于能够全面锻炼身体，提高协调性和柔韧性。
然而，悬挂运动的高度要求和复杂性也提出了对其运动控制的要求。
2. 系统组成本文提出的悬挂运动控制系统由传感器、运算器和执行器等几个部件组成。
其中，传感器用于检测悬挂绳索的高度和姿态，运算器用于处理传感器数据并指导执行器调整悬挂绳索的高度和姿态。
3. 运行原理在悬挂运动期间，传感器通过检测绳索的弯曲程度和角度以及重量变化等数据，将这些数据传递给运算器。
运算器根据传感器数据计算出制动力和调整绳索姿态所需的参数，并将命令发送给执行器。
执行器调整绳索的高度和姿态，一旦悬挂高度或姿态超过设定范围，运算器会通过控制信号发出警报或制动，确保安全性。
执行器可以以较大的精度控制悬挂高度和姿态，使悬挂运动变得更加灵活和精确。
4. 系统特点本文提出的悬挂运动控制系统具有以下几个特点：（1）准确控制悬挂运动的高度和姿态，保证安全性和有效性。
（2）可适应不同的悬挂运动，可以轻松地添加或减少悬挂绳索以适应不同的运动。
（3）高精度的执行器能够提供精准的悬挂调节，使悬挂运动变得更加灵活和精确。
5. 结论本文提出的悬挂运动控制系统为悬挂运动提供了高精度、安全、可靠的控制手段。
通过控制悬挂运动的高度和姿态，可以保证悬挂运动的安全和有效性，使其在体育赛事和健身领域发挥更大的作用，具有广阔的应用前景。
悬挂运动控制实验仿真系统的设计与实现
思想 和实现方法 ，分析 了此类实验 的特点 以及如何通过 软件 仿真快速 高效地得到直 观的感觉 、并通过仿 真 获得 必要 的数据 ，从 而在节省 时间 、实验材料 、快速确定 实验参数 的前提下 ，完成好整个 实验 。最 后指 出
通过 软件仿 真来完成较 为复杂的综合性实验是一种重要 的辅助手段 。
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实
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第２ ３卷
第ｌ Ｏ期
２０ ０ ６年 ｌ Ｏ月
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中图 分 类 号 ： ４ ４ Ｃ ３ 文献 标 识 码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１０ －９６ ２０ ）０ ０７ — ３ ０ ２４ ５ （０ ６ １— ０ ７ ０
Ｔｈ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｍｕ ａ ｉｎ ｓ ｓｅ ｅ ｄ ｓｇ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｉ ｆｅ ｌ ｔ ｙ ｔ ｍ ｏ ｏ
基于MSP430F449的悬挂运动控制系统设计
图 １ 系统 设 计 框 图
Ｆ ｇ Ｂ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｓ ｅ ｉ ．１ ｌ ｃ ｉ ｇ ａ ｏ ｙ ｔ ｍ
方案② ：ｒｓｎ ａ Ｂｅｅｈ ｍ微元算 法。该算法 只做整数 Ｊ／ 运 Ｊ减 ｎ
算 和 乘 ２运算 ， 算 速 度 很 快 ， 于用 硬 件 实 现 嘲 运 适 。
方案③ ： 使用伺 服电机 ， 伺服 电机是一 种 内带编码盘 。 可
以 通 过 驱 动 器 精 确 控 制 转 动 角 度 （． １级 别 ）而 且 过 载 能 ００ 。 ０ ， 力强 ， 用 于精密控 制 ， 其驱动 电压一般 较高 ， 积较大 ， 常 但 体
在 本 题 目的 实 现 上 并 不 Nhomakorabea 用 。
在 现 代 的 车辆 运 动 、医疗 设 备 和 工 业 控 制 等 系 统 中 ． 悬 挂 运 动 系 统 的 应 用 越 来 越 多 ． 这 些 系 统 中 悬 挂 运 动 部 件 通 在 常 是 具体 的 执 行 机 构 ． 而 悬 挂 部 件 的 运 动 精 确 性 是 整 个 系 因 统 工 作 效 能 的 决定 因 素 ， 而 实 际 实 现 悬 挂 运 动 控 制 系 统 的 因 精 确 控 制 具 有 极 其 重 大 的 现 实 意 义 。本 系 统 采 用 低 功 耗
１２ ． 电机 驱 动 器 选 择
１ 悬 挂 运 动控 制 系统 设 计 方 案
１１ 电 机 选取 ．
方案① ： 使用分立元件搭建 。利用 大功率三极管放大功
率 给 步 进 电 机 提 供 驱 动 电 压 和 电 流 。但 本 实 验 对 功 率要 求 较 大 ， 度有 限。 精
方案① ： 直流电机。直流电机的优点是输出功率 大． 带负
悬挂运动控制系统设计方案
悬挂运动控制系统设计方案作者：胡晓梅李静来源：《数字化用户》2013年第19期【摘要】文章介绍了一种智能悬挂运动控制系统的设计方案，该系统采用两片凌阳16位单片机（SPCE061A）作为悬挂控制系统的控制核心，以步进电机作为执行部件，实现对悬挂物体运动的控制。
系统通过键盘扫描来完成运动参数和模式的设定，通过LCD实时显示画笔所在的坐标值，以无线传输的方式实现两单片机之间的数据通讯。
另外，系统还通过语音播报来显示是否完成给定任务，提供了良好的人机界面。
【关键词】SPCE061A 步进电机设计一电机悬挂控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。
在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为45cm×45cm。
物体的形状不限，质量大于100克。
板上标有间距为5cm的浅色坐标线，左下角为直角坐标原点，具体要求示意图如图1。
物体能做四种运动：点对点，直线，曲线（圆周），寻迹。
一、悬挂运动控制系统方案（一）控制器模块。
采用凌阳科技股份有限公司的SPCE061A单片机作为系统控制器，该单片机算术运算功能强，软件编程灵活，可用软件较简单的实现各种算法和逻辑控制，并且由于其成本低、体积小和功耗低等优点，使其在各个领域应用广泛；另外，由于本设计中会用到较多的算术运算，因此非常适合利用单片机作为控制器。
（二）电机类型选择。
虽然直流电机具有良好的调速特性，带负载能力强，能承受频繁的冲击负载，而且速度快，但是直流电机的制动性差，很难实现小距离的精确控制，步进电机的准确定位和步进功能可方便而且可以实现提升、调速、定位，且具有一点的快速起停的能力；能准确的检测出速度、运行距离以及时间等参数，可简化编程和硬件连接的工作量。
在本设计中，主控制器通过控制电机的步进数来实现物体运动，从而做出各种运动轨迹。
（三）电机驱动电路选择。
传统的电机驱动都采用专用驱动器。
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1 / 18 悬挂运动控制系统设计 王奇彪 梁美 谭延龄 摘要：本系统采用STC89C52单片机作为悬挂控制系统的检测和控制核心，实现通过人机界面对物体所作运动进行设定，通过LCD实时显示此时画笔所在的坐标值；系统具有可画出相应的运动轨迹，可自动跟踪曲线运动，和画圆运动等功能。运动参数的设定通过红外遥控输入。系统通过比较当前画笔所在位置和设定的位置的差异以及运动类型，控制步进电机完成相应运动；曲线跟踪采用红外对射式传感器来实现。 关键词： STC89C52单片机 LCD 红外遥控 红外传感器 一、方案论证 根据题目要求，系统由图（1）中模块组成：
图（1） （1）、控制模块的设计方案论证和选择 方案一：采用FPGA（现场可编辑门列阵）作为系统控制器。FPGA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，并且可利用EDA软件进行仿真和调试。FPGA采用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求比较高的系统。在本设计中FPGA的
控制模块 曲线跟踪模块 电源模块 键盘输入模块
显示模块
电机驱动模块 2 / 18
高速处理能力得不到充分发挥。 方案二：采用SPCE061A单片机来实现，次单片机内置8路10位ADC和2路DAC，避免了外接A/D转换芯片和D/A转换芯片，并且I/O接口比较多，易于扩展外围电路，开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报，集成开发环境中配有很多语音API函数，实现语音播放比较简单，另外方便的是该芯片内置在线仿真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。 方案三：采用C8051F020作为系统控制器器。次单片机运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟等优点，各个领域应用广泛。 在本系统中使用芯片引脚少，没有使用模数转换芯片，在硬件上很容易实现。因此，在本设计中采用C8051F020处理输入的数据并控制电机运动。 （2）、曲线跟踪模块的设计方案论证和选择 方案一：通过开关型霍尔传感器来实现，但是由于该方法只能跟踪磁性物质组成的曲线，成本高、安装起来比较麻烦，而且容易受环境中磁性物质的干扰，抗干扰性能不好。 方案二：采用多圈电位器式传感器间接测量方式。通过杠杆机构将线位移转化为电阻值的变化，再根据电阻和速度之间的关系实现速度的检测。 方案三：通过红外传感器来实现，通过安装在所悬挂物体上的红外对管，检测在运动平面上用黑色笔所画的黑色曲线（或黑色胶布），由于黑3 / 18
色吸收发射管所发出的红外线，使接收管接收不到信号，系统通过接收管是否接收到发射管发出的测试信号，通过判断，用于控制步进电机的运动，实现起来简单易行。 在本系统中选择方案三实现曲线跟踪。 (3)、键盘输入模块的设计方案和选择 方案一：采用独立式键盘；独立式键盘，原理简单，扫描时间少；但在本系统中，使用的按键比较的多，所以使用单片机的I/O口就较多。故在本系统中未被采用。 方案二：采用矩阵式键盘；矩阵式键盘，占用单片机的I/O比较的少。利用软件可以实现多个按键的控制。但也相应的占用了较多的I/O口。 方案三：采用红外遥控；使用现成的遥控器实现控制。在单片机输入口接一个红外接收头，就可以实现红外遥控了；他占用单片机的I/O少。更加有利于我们的控制。 综上所诉：在本系统中采用红外遥控做键盘输入。 （4）、显示模块的设计方案和选择 因为LED 数码管显示容量有限，且动态扫描需要占用大量单片机时间，无法做到实时显示，所以本设计中采用1602 字符型LCM。1602 字符型LCM 克服了LED 数码管的缺点，具有显示容量大、占用单片机口线少、节省单片机时间、功耗低等优点，完全符合本系统要求。 （5）、电机驱动模块的设计方案和选择 电机驱动模块是本系统的执行机构，用于控制悬挂物体的运动。因为本系统中未设置位置传感器，系统对位置的定位完全靠软件来实现，这就4 / 18
要求电机的控制精度必须要高。 方案一：采用普通小型直流电机。普通直流电机由于其自身结构的限制，控制精度很低，无法达到系统要求的指标，这里不予采用。 方案二：采用专用步进电机驱动器及和其配套的步进电机。用这种方案的控制精度、效率和可靠性都很高。唯一的缺点是价格较高。 在本系统中采用方案二来实现电机驱动。 二、系统硬件设计 综上所诉，硬件的结构框图如图所示：
（1）、红外对射式循迹电路设计 C8051F020 红外对射式循迹 7805、7812稳压 红外接收电路
1602液晶显示
步进电机驱动电路 5 / 18 本系统采用4个红外对射式传感器循迹；在经比较器LM339整形输入单片机控制。 （2）、电源电路
外接15伏电源电压，经过7812稳压输出12伏电压，有电源指示灯指示电压。再经过7805稳压得到5伏稳定电压给单片机供电。 (3)、1602液晶显示电路 6 / 18
使用P0口传输数据。P2口做液晶显示器的控制接口； （4）、步进电机驱动模块
电路采用光电隔离，使单片机最小系统不受干扰，让系统能够正常的工作。电机采用L298N驱动。 （5）、C8051F020最小系统 7 / 18
三、系统软件设计 1、软件设计 （1）理论分析和计算 a） 位移/脉冲转换方法：给步进电机一定频率的脉冲，使电机拖动一载体移位100cm，记录下此期间所给脉冲总数z, 由此则步进电机拉动载体位移1mm 所需的脉冲数1000p = z (注意给定的频率不要太高，否则会出现丢步。多测几次，取脉冲数相近的那个脉冲数z),因此，直接可将拉线的8 / 18
位移转化为送给电机的脉冲个数。脉冲的频率决定转速，脉冲个数决定位移。
b） 点到点运动核心算法：结合图 7.28 说明，假设E（x0,y0）,F(x1,y1)为给定平面范围上的任意两点，作辅助线（图中虚线部分），在直角三角形⊿ABE 中
a0= (x0 +15)(x0 +15) + (115 − y0)(115 − y0) ; 在直角三角形⊿CDE 中: b0= (95 − x0)(95 − x0) + (115 − y0)(115 − y0) 同理对于F 点，两拉线长分别为： a1= (x1+15)(x1+15) + (115 − y1)(115 − y1) b1= (95 − x1)(95 − x1) + (115 − y1)(115 − y1) 因此当悬挂物从E 点运动到F 点时： 电机1 的收放线长度为c（当c<0，电机正转（或拉线伸长）；c>0 时，电机反转（或拉线收缩））
c=a0-a1 电机2 的收放线长度为d（当d<0，电机反转（或拉线收缩），当d>0 时，电机正转（或拉线伸长）） 9 / 18
d=d0-d1 根据c，d 的正负分别确定电机1，电机2 的正反转向。而根据c，d 的绝对值来确定电机1，电机2
各自所需的脉冲数： 电机1 所分配的脉冲数： m= c ×p 电机2 所分配的脉冲数： n= d ×p 10 / 18 c） 误差补偿：为了使运动轨迹更加平滑，采用按比例分配脉冲的原则进行交替送脉冲，电机2 所运行的脉冲数是电机1 所运行的脉冲数的m/n倍，因此电机1 每运行t 个脉冲，电机2 就需要运行m/n×t个脉冲，该算法可能会造成电机2 所送的脉冲数和理论计算脉冲数稍有偏差，因此加入适当的补偿程序，使得所运行轨迹精度更高，曲线更平滑。
d） 数学模型：本设计要求悬挂物能够画一个圆，设所画圆的圆心坐标为（x0,y0）半径为固定的25cm，
（x,y）为圆周上的任意一点，由此确定圆的方程为： 11 / 18
(x-x0)2+(y-y0)2=252 若直接使用该方程来求圆上点的坐标，算法比较复杂，采用了圆的参数方程：
X=x0+25sint； Y=y0+25cost； (x0,y0)为圆心坐标 这样，则圆的坐标仅和参数t 有关，因此，使角度t 以某一设定的角度步长v 累加，使t+q×v 在周期[t,t+2π]内变化，其中q 为累加步数。这样就可以采样到圆上均匀的点，显然，角度步长v 越小，在圆周上取得点越多，控制也会更精确。
2、程序流程图 （1）、悬挂运动控制主程序流程图 12 / 18
开始红外设定并确定进得什么状态
寻找指定点画圆寻线其它发挥部分自定义线
结束
初始化程序
自定义开始
左电机上升1
右电机上升3
显示坐标左电机是否累加上升了16.5CM
否
左电机下降3
右电机下降1
是
显示坐标右电机是否累积下降了16.5CM
返回 （2）、画圆流程图