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畢業論文-基于單片機的小球滾動控制系統設計(編輯修改稿)

2026-02-12 22:35 本頁面

　

【文章內容簡介】止在 30177。2cm 位置區域內，并至少保持 10s。實現方法本設計要求在門形支架的一個立柱上用轉軸固定一根 U 型導軌，導軌的另一端可由固定在頂梁上的電機控制其上下運動，使小球在導軌上按要求靈活滾動或定位。導軌以轉軸處為原點，以厘米（ cm）為單位標注位置。我們利用步進電機控制 U 型導軌的角度，以達到改變 U 型導軌的角度控制小球運動與靜止。單片機選型在小球滾動控制系統設計的整個工作過程中需要一個主控芯片對各機械系統的工作流程進行處理，實現產品的自動化和系統化的要求。擬考慮以下方案：方案一：采用 SPCE061A 單片機。 SPCE061A 單片機是 16 位的微處理器，主頻可以達到 49MHz,速度很快，并且具有方便的 ADC 接口，但 SPCE061A 單片機的功耗不是最低的。方案二：采用 Ti 公司的 MSP430 作為主控芯片。 MSP430 系列單片機是美國德州儀器(TI)1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗的混合信號處理器 (Mixed Signal Processor)。稱之為混合信號處理器，主要是由于其針對實際應用需求，把許多模擬電路、數字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。 MSP430 系列系統調試 3 由于具有 Flash 存儲器，在系統設計、開發調試及實際應用上都表現出較明顯的優點。這是 TI 公司推出具有 Flash 型存儲器及 JTAG 邊界掃描技術的廉價開發工具。方案三：采用 Atmel 公司的 AT89S52 作為主控芯片。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 系統可編程 Flash 儲存器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序儲存器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。經過反復的比較、論證，我們最終選用了方案二。該控制芯片處理速度快，易于控制。電源設計方案在本系統中的電源主要考慮以下方案。方案一：家用電源。電源的效率高，適應的范圍大，帶負載承受能力強，通過整流降壓可方便地轉換為 12V/5V 直流電源。方案二： 12V/24V 移動電源。此電源的優點是便于移動，降壓方便，但本系統工作時需要長時間用電，不能提供長時間的有效供電。綜上所述，選擇方案一，通過降壓整流電路將 220V 家用電源轉換為 12V/5V 直流電源，供系統使用。電機動力模塊的選擇方案一：步進電機作為動力。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。系統調試 4 方案二：直流減速電機作為動力。即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉速，較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉速和力矩。由于步進電機對于 U 型導軌角度的控制更為精確，由此我們選擇方案一。距離檢測模塊的選擇方案一：超聲波傳感器測距。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應方案二：紅外傳感器測距。紅外傳感器是基于紅外線輻射原理，紅外線的波長在微米到 1000 微米之間，頻率的范圍為 3*1011 到 4*1014 之間。任何物體只要溫度大于絕對零度都會輻射紅外線，溫度越高，紅外輻射能量越強，紅外傳感器就是將紅外能轉化為電能的裝置。紅外測溫可以遠距離對非接觸物體的測量，且響應快、靈敏度高、準確度高等優點。方案三：光電傳感器測距。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣。經過反復測試，紅外傳感器距離太近，只能探測 30cm 以內的距離，光電傳感器需求數量太大，成本太高且不精確，超聲波傳感器測距精確，成本低廉，能滿足設計要求，隨意我們選擇方案一。報警模塊蜂鳴器采用直流電機供電，其能發出單調的或者某個固定頻率的聲音，如嘀嘀嘀，嘟嘟嘟等。系統調試 5 顯示模塊 12864 模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示 84 行 1616 點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。系統

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