【《羽毛球发球机控制系统的设计案例》3700字】

PAGEPAGE3羽毛球发球机控制系统的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u4431羽毛球发球机控制系统的设计案例 1213091.1总体设计 1195521.2羽毛球发球机硬件电路设计 2235831.2.1节电方式 3214021.2.2掉电操作方式 3287871.2.3电机驱动电路设计 4270631.2.4控制部分硬件原理图 9167481.3羽毛球发球机的软件设计 101.1总体设计本次设计的羽毛球自动发球机的控制系统的核心是一个89c51单片微控制器，它是由下面几个部分组成的：（1）复位电路（2）测量电路（3）输出电路。单片微控制器通过对信号发生器所输出的信号进行分析之后计算出与初始设定值的误差，启动进行数据计算，把转换成的信号经特定的驱动方式传递给电机，进而实现控制位置的改变。框图如下。羽毛球发球机控制系统硬件电路原理图1.2羽毛球发球机硬件电路设计本系统选择Atmel公司生产的89C51。89C51为典型的ROM型单片机，内部资源有：面向控制的8位中央控制处理器4K字节掩膜ROM程序存储器；128字节内部ROM数局存贮器；2个16位定时器/计数器；1个全双工的异步串行口；5个中断源2个中断优先级的中断控制器；6时钟电路。1.2.1复位电路所谓复位，就是指芯片和系统中的所有部件都处于一个设定的状态，单片集成芯片的软件硬件就从这个特定状态开始工作。单片微控制器有一个它是特殊触发输入，振荡器起振后，上出现2*12个时钟周期，可以使处理器识别出来的电位以上时，器件回复到一个初始设定的状态，只要一直是可以使处理器识别出来的电位，单片微控制器就保持初始设定的状态。此时（1）ALE（2）PAEN（3）P0（4）P1（5）P2（6）P3口都输出高电平。当变为不可以使处理器识别出来的电位后，退出初始设定的状态，中央控制处理器会从初始状态进行工作。看门狗电路分为上（1）自动回复到一个初始设定的状态的电路(2)手动回复到一个初始设定的状态的电路（3）电脑控制回复到一个初始设定的状态这几种。我本次所用的是第一种方式。如下图所示。复位电路1.2.1节电方式有关CMOS的单片微控制器，他有多种的节电方法，我们这回所采用的方法要在长期在野外环境下工作的话就要求便携携带，在这种状态下只能使用电源对控制核心进行供给能量，由于有这个要求这就要求工作的时候不要产生高能耗。如果在一段时间内不需要运行的话，中央处理器就可以不再工作，这个时候就可以开启待机模式（节电模式），使其以这种方式工作。在节电方式下，中央控制处理器不用工作，但它也需要一直处于待机状态，来回馈后面的工作。所以它内部时钟还应该继续工作，只是去中央控制处理器的路不给电而已，但仍供应（1）中断电路（2）定时器和串行口。中央控制处理器的状态被完整的保存起来。单片微控制器的节电方式由中的中的位来控制。中央控制处理器执行一条当的指令，即可使单片微控制器就进入上述方式。而结束这个模式状态一般可以加入一个中断申请信号以产生中断，这时就被会自动变成0，从而结束节电状态，中央控制处理器恢复正常工作。1.2.2掉电操作方式单片微控制器在正常工作时间，中央控制处理器和内部随机存取器由供电，期间允许电源掉电时，由接电复位脚引脚上的外加电源给在保持片内内部随机存取器电源掉电时，信息不变。由于片内内部随机存取器耗电仅为正常工作的.01左右，常作为备用电池。当检测系统在检测到电压到达设定的数值时就说明其发生了问题，这时就要通过传输信号的方法向中央控制处理器提交申请。并在电压达到开始设定的数值，进入该模式。掉电模式下，单片微控制器上时钟脉冲振荡电路降不在工作。中央控制处理器也就结束所有的功能和工作，只有片内的内部随机存取器区和特殊寄存器区保持着数据不变。各个并行接口的输出值仍为相应的特殊寄存器区中的数据。1.2.3电机驱动电路设计在本次的羽毛球发球机的控制系统中，单片微控制器总要把它所能控制的对象控制起来。因此在本次的设计的系统中，要留一个最后的手段。这个最后的手段就是后向通道，这个手段是计算机控制系统并运行后，对控制对象的控制。后向通道是一种控制效率高，可以不用很大的信号，而且这中机器在工作时会产生磁场，由于电源磁场的干扰，机构在工作时候会有影响，所以在设计机构的时候要把磁场干扰也要算在内，这是很重要的任务。一电机的选择执行功能的原件是本次系统的重中之重。执行元件是位于（1）电气控制装置（2）执行装置（一种能量来回变换的原件），控制处理系统会将它控制并在这个时候，它进行能量装换。在本次设计的这个伺服系统中我所选电机为执行原件。伺服系统所使用的电机一般分为3种（1）进电机（2）直流伺服电机（3）交流伺服电机等。在本次设计的伺服系统中我采用步进电机。步进电机的特点：（1）它的转速和角位移成正比，当它转一周后不会产生误差，因此就有加号的准确性；（2）非闭环控制系统并由步进电机构成的话，它会非常的不昂贵又极其的具有信赖。（3）此电机的转的很快，停止也很快、可以顺时针装也可以逆时针转；（4）并且剧院无级变速的功能，当速度不快时也有较大的力，所以多用来直接负载或者将控制对象速度降低；（5）此电机只能通过间歇的电源供电，它不能直接使用日常生活中我们常见的几种电源；（6）步进电动机存在两种负面现象1）振荡2）失步，因此为了解决这个现象就必须对机械结构采取一些方法；（7）步进电机在工作时候回放出声响并产生水平的波动。二步进电机的驱动与控制步进电机必须连接在脉冲电源上才能工作，所以要配220V转换为具有间歇性的电源的变压器才能工作，电机的变压器能够将接收来的源信号按不同特殊的方法主动不间断的给不同的对象，并供给能量以让转子实现顺时针、逆时针旋转。如下图所示，步进电动机的驱动电路主要由（1）环型分配器（2）功放电路组成。步进电机驱动电路1、环形分配器环形（脉冲）分配器用于将控制系统的间歇时钟串按所需的顺序分配给上述的电动机的驱动元件的所有借口，控制励磁绕组按所需的规律和时间的开始和结束。由于电机有顺逆时针旋转要求，所以本装置的输出是与其相对应的，可以逆转的。它也是一种查数器。脉冲分配器的电路实现方式有（1)具有规格的电路（2）可人为改变的脉冲分配器。它可以由硬件和软件分别控制。本次设计我采用的是不是硬件实现脉冲分配器。它是指使用非硬件实现非软件机器的功能。这种方法会控制系统，使其按照电机顺逆时针旋转的要求以顺时针其逆时针的顺序的要求。下图是原理图单片机驱动四相步进电机接线图2．功率放大电路功率放大电路的作用是将分配器和处理中心送来的微信号进行扩大以带动上述电机运行。上述电机有相，则它有路的电路。如今随着技术的发展，这让步进电机的技术水平更高了，使得电机的使用更加广泛。上述电机的驱动方法有：（1）双电压（2）单电压（3）细分（4）斩波这四种驱动。我主要采用第三种驱动方式，是因为，高电压和低电压一起驱动电机时，电流波形在两个不同的电压交汇处形有一个陷，这就会引起输出降低，并且双电压会增长机器的预算，而本次的驱动会解决问题。斩波驱动的原理如图所示。斩波恒流驱动原理图是高频的控制器。T2是个电阻，电机的电路导线的电流经过这个电路导线接地，因此T2是采集的电阻。分析器的一边连在电压,另一边接在采集电阻上，如果没有采集电压，机器则输出的是可以使处理器识别出来的电位。当为不可以使处理器识别出来的电位时，高频开关和小电阻两个开关均关闭；当是可以使处理器识别出来的电位时，高频开关和小电阻两个开关都闭合，电路导线获得电能。由于电路导线电感的原因，电阻上的电压会越来越多，当U1电压超过电压的值时，机器输出为不可以使处理器识别出来的电位，使与门输出为可以使处理器识别出来的电位，高频开关断开，电源关闭；当T2上的电压小于U1电压时，比较器输出非低电平，与门输出非低电平，高频开关又闭合，电源又开始向电路导线供电，多次的运行后，直到Ui为非高电平。斩波驱动过程表现为小电阻每过电一次，闭合多次，电路导线的电流波形为多个峰值峰谷形状，如下图示在小电阻导通的时间里，电源是间歇式供电这样就提高了效率，并且能有效的防止震动的产生，由于不用外接影响的常数的限流电阻，所以提高了性能；但是由于电流波形为多个峰值峰谷形状，将会产生噪音。三A/D接口的扩展其是能把离散转换成连续信号的原件。连续信号可以使自然界中的各种抽象物质随时间变成不是电流、电压的物理量。这种模拟量可由不同的传感器发生变化。下图是模拟量系统原理图。A/D接口扩展图扩展口的种类很多（1）衡量A/D性能的主要参数：（2）分辨率；（3）满刻度误差；（4）转换速率；（5）转换精度；四芯片MC1413此芯片主要用于使LED管（7个）发光。其电路图如图所示方框原理图五CT74S139这个原件的主要电特性的典型值如表所示：表1.1CT74S139两种线路形式电特性典型值型号T(AB->Y)(3级)PDCT54S139/CT74S1397.5ns300mWCT54LS139/CT74LS13922ns34mW当为可以使处理器识别出来的电位，可将这两个地址端编在一个输出端对应的不能识别出来的电位译出。其管脚如图所示：引出端符号（1）A、B译码地址输入端（2）G1、G2