基于单片机的悬挂运动控制系统毕业设计开题报告

1、吉林建筑大学城建学院毕业设计开题报告 所 学 专 业： 电气信息工程及其自动化 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 论 文 题 目： 基于单片机的悬挂运动控制系统设计 开题报告日期： 2015.3.30 说 明1、 开题报告由毕业生本人在完成文献阅读、科研调查的基础上，并通过开题报告评议后填写。2、 本报告一式两份。一份交学院作为论文检查的依据；一份答辩后作为档案材料归入学位档案。3、 开题报告用A4纸打印，不需标注页码。报告内容字体一律使用宋体小四，行间距为1.25倍。1、 课题来源及研究的目的和意义课题来源：生产研究的目的：科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制开始

2、进入了人们的生活，以单片机为核心的悬挂运动自动控制系统就是其中之一。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动系统的应用越来越多，在这些系统中悬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，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。采用单片机作为系统控制器。单片机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，并且可利用单片机软件进行仿真和调试。单片机采用并行工作方式，提高了系统

3、的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。  研究的意义： 运动控制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。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，运动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时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。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制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，因此悬挂部件的运动精确性是整个系统工作效能的决定因素。靠改变悬挂被控对

4、象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围。 二、国内外研究现状及主要研究内容1国内外现状 十九世纪八十年代以前，在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）开始逐步使用交流电气传动；二十世纪 三十年代起，形成了直流调速，交流不调速的格局；二十世纪后期，交流调速兴起，运动控制系统进入了一个全新的时代。运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律，是推新的产业革命关键技术。国外：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。由于有强劲的

5、市场需求推动，运动控制技术发展迅速并且应用广泛。国内：长期以来，尽管中国作为全球制造业的重要基地，但是由于劳动力成本的低廉，使得自动化行业局限在一个相对狭小的市场环境里，中国自动化设备的使用率相较于发达国家处于较低的水平。随着中国制造业的不断升级、中国劳动力的短缺以及劳动成本的上升，中国很多企业长久以来依靠的劳动力优势正在逐步消失。企业需要依靠技术提升来提高生产力水平，这也促进了企业的转型升级，从而使自动化厂商获得了前所未有的市场机遇。无论是代表“高精尖”的高端装备制造业的持续发展，还是替代传统劳动力的劳动密集型行业对于自动控制工具的需求，都促成了自动化产业在未来一段时期内的迅速发展，从而运动

6、控制行业将迎来良好的发展机遇。 2 主要研究内容本课题主要研究的，本系统利用一套单片机系统控制两台步进电动机动作，两台电动机控制系统采用相同的工作原理，都是利用PWM 脉冲调制波来控制步进电动机的转向及转速，从而达到控制绘图笔位置的目的。该系统主要有以下几部分组成：红外检测电路、电动机控制系统、键盘、液晶显示、语音模块。本课题的主要工作内容如下：  （1）电动机控制系统  （2）系统软件流程及程序设计 （3）液晶显示电路设计 （4）语音模块设计三、拟采用研究方案1.1方案设计方案一：DSP控制器首先利用位置算法模型计算出物体（滑块）在XY坐标系下的当前位置(，)，再与给定(

7、，)坐标进行比较，计算出在物体（滑块）在坐标系下的区间，然后把生成的控制信号经过I/O输出。利用点对点逼近的方法来实现圆轨迹的跟踪。只要物体（滑块）位置(，)没有到达给定点(，)，物体（滑块）位置(，)总是处在以给定点(，)为坐标原点的坐标系下的某一个区间，利用区间判断公式判断出物体（滑块）位置(，)在xy坐标系下的区间，就可以指令步进电机进行运动从而移动物体（滑块）。方案结构图如图1.1：图1.1方案一结构图方案二：以STC89C52单片机作为悬挂运动控制系统的控制核心，由步进电动机控制系统模块、检测模块、液晶显示模块、键盘模块等组成方案结构图如图1.2： 语音模块单片机液晶显示 检测模块电

8、机控制系统键盘图1.2 方案二结构图1.2 方案论证方案一重点在于对步进电机的驱动和控制，以达到根据步进电机的动作而使悬挂物体在设定范围内、设定时间内作设定运动。所以步进电机以及电机驱动的选择直接影响控制系统的性能。方案二：悬挂运动控制系统能够精确地控制运动物体的运动轨迹，在本系统中我们采用逐次逼近的方法来控制物体的运动轨迹，即将物体的运动轨迹划分成许多的小区间，在这些小区间的运动轨迹可用折线来近似，当区间足够小时，物体的运动轨迹则是一条光滑的曲线。电动机的控制可通过求两点间物体到本电动机系统定滑轮之间的相对绳长来控制。单片机在已知两点坐标的前提下，通过加、减、乘、除、开方等各种浮点运算计算出

9、相对绳长L，然后根据绳长求出电动机转动的方向及步进值，最后向步进电动机发出控制信号控制物体的运动轨迹。综上所述，经比较，本设计采用方案二。四、主要设备、仪器及材料，实验地点或协作单位 实验地点：吉林建筑大学城建学院电气信息实验教学中心 所需设备：计算机、仿真软件、万用表 五、阅读的主要参考文献综述（不少于2000字。并列出至少12篇重要的参考文献，其中外文至少2篇）见附录1六、英文文献翻译（毕业论文相关英文文献翻译，至少一篇，10000英文字符）见附录2七、阶段进度计划工作项目内 容起止时间 开题报告 毕业设计答辩明确毕业设计任务，并上网收集资料和深入实际进行调查研究。收集相关资料，调研详情，

10、阅读相关文章，完成开题报告。巩固知识对已学过的相关知识进行分析整理，初步确定总体设计方案。针对各功能模块的逻辑关系进行分析，为实质性开发做好准备。熟悉毕业设计内容，查阅文献，搜集资料，完成相关理论知识的学习。在深入研究单片机理论后，确定单片机及系统各器件的选型对设计论文进行攥写。构造基于单片机和硬件电路和软件编程的设计，构造基于对电路进行调试和仿真，对设计论文进行攥写。完成论文撰写，交指导教师评阅和对论文的修改，准备毕业答辩。答辩 第一周 第二周 第三周 第四周 第五周第六周第七周第八周第九周第十周第十一周 第十二周八、指导教师意见： 签字： 年 月 日九、开题报告评议情况通过对该学生毕业设计

11、方案论证的审查我们认为： 毕业设计题目：合适 较合适 欠妥 建议修改 毕业设计工作量：偏大 饱满 较饱满 偏少 该生对题目的理解：较好 一般 较差 该生对应该完成的工作任务：明确 较明确 不明确 本人与他人的工作任务有无区别：有区别 区别不明显 无区别 该生所制定的工作计划：合理 较合理 不合理 开题报告撰写情况：较好 一般 较差审查组对该同学开题报告审查结论：通过 不通过（并决定一周后，即 月 日 时， 地点 该同学重新开题）其它建议：审查组长签名：审查日期：附录1基于单片机的悬挂运动控制系统设计1 引言1.1 悬挂运动控制简介在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制系统的

12、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率的决定因素，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。依靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产、控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。悬挂轨迹控制系统是一电机控制系统，控制物体在一定的范围内作直线、圆、寻迹等运动，并且在运动时能显示运动物体的坐标。运动控制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。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，运

13、动控制器已经开始在国外多个行业应用，尤其是在微电子行业的应用更加广泛。而当时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。在现代的工业控制、车辆运动和医疗设备等系统中，悬挂运动控制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，而在实际中实现悬挂运动控制系统的精确控制是非常困难的。靠改变悬挂被控对象的绳索长短来控制被控对象运动轨迹的悬挂运动控制系统，在生产控制等领域有很广的应用范围，但受技术上的制约，使用也有一定限制。2 单片机原理微型计算机的出现时电子数字计算机广泛应用到人们日常工作和

14、生活领域中去的一个重大转折点。它已深入应用到非微型计算机所无法应用的领域，对社会产生了极大的影响。单片微型计算机是微型计算机发展的一个重要分支，它以其独特的机构和性能，越来越普遍地应用到国民经济建设的各个领域单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer)。因为单片机主要应用于控制系统中所以又称微控制器（Microcontroller Unit,MCU).它具有嵌入式应用系统所要求的体系机构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。它把计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上，通常片内都含有中央处理部件(CPU)、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）、定

15、时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口，如RS-32串行通信口、终端控制、系统时钟及系统总线等。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序

16、需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC

17、赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。3 步进电机原理步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。  步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控

18、制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：(1)控制换相顺序，通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-CD,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。(2)控制步进电机的转向，如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。(3)控制步进电机的速度，如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。  步进电机是一种可以把脉冲激励的变化转换成精确转子位置

19、增量运动的执行机构，它可将脉冲信号变成电机相应角位移的机械量，从而通过控制脉冲的个数来控制电机转动的时间，并通过改变脉冲的频率控制电机运转的速度。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，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。期刊文献：1李红萍.基于单片机控制的悬挂运动系统J.20062姬宣德，郭龙钢.基于DSP控制器的悬挂运动控制系统J.2007.83谭菊华,王东波,刘桥.基于FPGA 控制的悬挂运动控制系统设计J.20094李积英.基于单片机的悬挂运动控制系统设计J.20095吕弘.赵佳.悬挂运动控制系统的设计J.2014.66张程、聂虹.基于MCS-51 单片机的悬挂运动控制系统设计J.20097贡雪梅、李新钊、胡春雷、钱建松.基于凌阳16位单片机SPCE061A悬挂运动控制系统J.2007.1图书文献：8李宁、陈桂.运动控制系统M.高等教育出版社.20049阮毅、陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统 (第4版)M.机械工业出版社.201010吴贵文.运动控制系统（普