4G手机天线报告

摘要本系统采用12V和24V双电源供电，以TI的MSP430F5529单片机为控制核心，通过步进电机控制AY-LCD1000传感器的位置，使得传感器可以扫完规定范围，从而检测到金属，并显示声光信息。同时可以通过键盘设定运行模式并且读出系统当前状态，具有较好人机界面。本设计简洁方便，电机控制稳定可靠，经测试，本系统基本完成了题目所要求的各项基本指标。关键字：AY-LCD1000MSP430F5529步进电机TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系统方案1\o"CurrentDocument"1.1驱动电机的论证与选择1\o"CurrentDocument"1.2显示模块的论证与选择2\o"CurrentDocument"1.3底座模块的论证与选择2\o"CurrentDocument"1.4控制系统的论证与选择3\o"CurrentDocument"2系统理论分析与计算3\o"CurrentDocument"2.1电动机选型3\o"CurrentDocument"2.2驱动与控制算法4\o"CurrentDocument"3机械与电路及程序设计4\o"CurrentDocument"3.1机械设计43.1.1旋转臂杆与摆杆4\o"CurrentDocument"3.2电路的设计43.2.1电源电路设计43.2.2电机驱动电路设计5\o"CurrentDocument"3.3程序的设计53.2.1程序功能描述与设计思路53.2.2程序流程图5\o"CurrentDocument"4测试方案与测试结果6\o"CurrentDocument"4.1测试方案6\o"CurrentDocument"4.2测试条件与仪器6\o"CurrentDocument"4.3测试结果及分析64.3.1测试结果（数据）64.3.2测试分析与结论6附录一：电路原理图7附录二：源程序8

金属物体探测定位器（B题）【本科组】1系统方案本系统主要由电源模块、电机驱动模块、AY-LDC1000检测模块、显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。电机模块传感器模块键盘模块显示模块控制模块电机模块传感器模块键盘模块显示模块控制模块电源模块图一系统框图1.1驱动电机的论证与选择方案一：普通直流伺服电机普通直流伺服电机有价格低使用简单等优点，但其扭矩较小，可控性差，此系统要求控制精度高速度快，故直流电机不能满足要求。方案二：减速电机减速电机克服了普通直流电机扭矩小的缺点，而且价格较低，但其可控性不太好，难以精确控制。方案三：步进电机步进电机具有转角精确可控的优点，速度和转角都能控制，适用于精确控制系统。只是价格稍高。综合以上三种方案，为保证稳定可靠，选用方案三。1.2显示模块的论证与选择方案一：TFT液晶彩屏。TFT液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而

可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。色彩感强，能够构成良好的人机交互界面。但是缺点是比较耗电，成本也较高，而且显示时刷屏的速度比较慢，占用的内存比较大。方案二：液晶屏12864。12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128X64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。12864能够满足题目中的显示要求，但是由于本题的显示部分要求不高，因此采用它有点小题大做。方案三：NOKIA5110显示器。NOKIA5110是一款基于图形显示的LCD屏，并且有很多的应用。使用的PCD8544控制器，PCD8554是一款低功耗的CMOSLCD控制器，用于驱动48行84列的图形显示，并且采用串行总线接口与微控制器相连，大大减少了外围控制线的数量，在使用时十分的方便，而且相对于LCD1602、LCD12864都有着自己的独特优势。综合考虑，采用方案三。1.3底座模块的论证与选择方案一：利用小车作为载体采用步进电机控制的小车，将传感器固定在小车的前端，驱动小车的运动来带动传感器的运动，让小车沿着规定区域的边缘行驶一圈，同时传感器在摆动检测，这样可以基本将区域扫描完，来检测到金属块。但是由于小车体积有点大，而所规定的区域相对而言比较小，且以玻璃板为底座，很容易打滑或开出规定区域。方案二：采用X,Y两轴丝杆机构利用两个步进电机分别控制X、Y两个方向的丝杆，进行X轴扫描的同时进行Y轴扫描，该方案稳定性比较高，但是此种方案可以直接不用检测边框的铁丝，不符合题目的要求。方案三：采用杆子做扇形扫描将传感器固定在一根较长的杆子上，每转过一个小角度便停下杆子，让传感器沿着杆子检测，检测到铁丝边框便转动一个规定的角度，传感器开始往反方向移动检测。此方案制作相对比较简单，而且速度较快。电机2金属探测器电机2金属探测器图二装置简易图综合考虑采用方案三。1.4控制系统的论证与选择方案一：采用传统的51系列单片机传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。方案二：采用STM32F103RBT6STM32F103RBT6有128KFLASH、20KSRAM、2个SPI、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位ADC、RTC、51个I/O口，且具有功能强大、效率高的指令系统，以及高性能模拟技术及丰富的外围模块。但是由于本组成员未学过，在短时间内学习并使用比较困难。方案三：采用TI公司的MSP430F5438A单片机该单片机的优势在于有100个I/O,便于使用者配置使用，且具有功能强大、效率高的指令系统，方便高效的开发环境使操作更加简便，低功耗是其它类单片机难以比拟的，集成度较高，编程相对简单，但是需要仿真器。综合考虑采用方案三。2系统理论分析与计算2.1电动机选型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步进电机件。步进电机在非超载的情况下，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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进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。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的（1）步距角：步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。3609=bM*Z*C式1中：M为定子相数，Z为转子齿数,C为通电方式：C=1单相轮流通电、双相轮流通电方式，C=2单、双相轮流通电方式。（2）扭矩与转速关系转矩：使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。扭矩公式：T=9550P/n，T是扭矩，单位N.m，P是输出功率，单位KW，N是电机转速，单位r/min。因此所采用的五相电机和四相电机符合要求。2.2驱动与控制算法WZM-2H042Md是驱动器驱动二相混合式步进电机，恒流驱动，具有很强的抗十扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小，带动1.0A以下所有的42BYG系列步进电机。每相最大驱动器电流为1.0安培，可选择电流半流细分数可选(1/2,1/4,1/8),对应的微步距角分别为(0.9°/一个脉冲、0.45°/一个脉冲、0.225°/一个脉冲)。因为要在所规定范围内检测到硬币，必须要逐行逐列进行扫描，为了可以扫完所有地方，必须要很稳定的控制电机转动的角度，因此要控制好电机的转动角度。由于采用的装置是摆动的杆子，电机转动一个小的角度，杆子另一端转过的弧度会很大，因此选用16细分，这样一个脉冲可以转过0.1125°，大致可以扫描完整块玻璃板。3机械与电路及程序设计3・1机械设计3・1・1旋转臂杆与摆杆摆杆选择半径为7.5mm，长90cm的碳纤维棒。碳纤维棒具有强度高，寿命长、耐腐蚀，质量轻、低密度等优点，广泛应用航空模型飞机、设备转轴等机械设备。本系统选择碳纤维棒，符合规定要求，且利于摆杆灵活转动。3.2电路设计本系统电路包括单片机芯片MSPF5438A最小系统、电源电路、电机驱动电路、蜂鸣器和显示电路。3.2.1电源电路设计电源由稳压部分和滤波部分组成。为整个系统提供5V和3.3V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。3.2.2电机驱动电路设计驱动电路电源采用24V，电压范围为0〜100V，提高驱动电压可增大电机在高频范围转矩的输出。+、-为步进电机驱动电源引脚，应接入瓷片去耦电容和电解电容稳压。A+、A-、B+、B-引脚分别为电机2相输出接口。CP+、CP-分别为电机A、B相最大驱动电流定义引脚，DIR+、DIR-分别为电机A、B相驱动引脚地。3.2.3检测模块设计LDC1000的PCB线圈周围有交变磁场时，当有金属靠近时会产生感应电流，使得Rp寄存器中的数值会增加，根据增加的数值不一样来判断检测到的是金属块还是铁丝边框，从而准确的检测到硬币。

3.3程序的设计3.3.1程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置，电机的控制，金属的检测，声音和光的显示。1）键盘实现功能：设置功能，选择检测模式。2）显示部分：显示AY-LCD1000传感器寄存器中读回的频率值和Rp值。2、程序设计思路利用MSPF5438A控制电机的转动来完成扫描规定范围的硬币，由于检测到铁丝和硬币的Rp值不同，检测到相对小的值为铁丝，一旦检测到就往反方向走，检测到相对大的值就发出声音和光，并停下电机。3.3.2程序流程图图四程序流程框图4测试方案与测试结果4.1测试方案1、软件仿真测试2、硬件软件联调通过读取LDC1000传感器中寄存器Rp的值，显示到5110上，通过控制读取值得范围来确定所检测到的是什么物体。记录下检测到一角硬币和一元硬币、铁丝的不同值，根据所记录的值来检测物体，观察并记录不同情况下的误差值。4.2测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系