【《某动物喂食机构的控制系统的设计分析案例》3600字】

某动物喂食机构的控制系统的设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u29476某动物喂食机构的控制系统的设计分析案例 150781.1DSP控制系统设计 1311471.2总体方案的设计 189281.3控制系统硬件的设计 2284451.4基于DSP的人机交互系统的设计 5228411.4.1触摸屏的选型 5250821.4.2液晶显示屏与DSP的连接方式 549711.4.3对液晶显示屏初始化 6310151.4.4菜单显示 85651.4.5人机交互界面设计 91.1DSP控制系统设计自动喂食机构系统由DSP控制器为核心，控制喂食机构的传动。1.2总体方案的设计本系统主要包括基于DSP步进电机驱动方式，DSP与触摸屏直接的连接方式，控制系统控制框架图如图3-1所示。图中所示为DSP连接步进电机的驱动器，处理系统给出电机的数据。DSP与触摸屏相连接，DSP处理触摸屏传输的数据，然后触摸屏在屏幕上反馈DSP处理的数据。图3-1系统控制框架1.3控制系统硬件的设计控制系统硬件的设计主要包括DSP芯片的选型，触摸屏的选型，基于DSP控制步进电机的方式，DSP与触摸屏的连接方式等。1.1.1DSP硬件的选型（1）DSP的概念：DSP芯片（数字信号处理器）是一种专用于数字信号处理的器件，广泛的应用于实时快速进行信号处理的场合，因为要进行高速运算所以大部分DSP芯片都带有高精度并行的告诉硬件乘法器。现在人工智能的发展很迅猛，这些都与数字信号处理密不可分，DSP还具有处理能力强，多级流水线，功耗低，资源配置灵活等特点。DSP的最小系统：DSP硬件是DSP应用系统设计的基础，它的内部设计采用了快速存储器设计，大量使用多端口存储器，具有中断处理和硬件I/O支持。最基本的电路要有电源，发生时钟信号的晶振，复位电路仿真口JTAG等，这些最基本的电路和DSP芯片就能够组成一个最小的系统。在智能系统中，DSP在喂食器定时的控制，定量的控制，食物的剩余，电机转动次数等具体数据的分析和处理数据方面有着很大的优势。DSP芯片选型：性能是否优良、与使用系统是否相匹配、运行是否稳定；价格便宜；能够与电机、触摸屏之间的连接简便，综合分析选取了TMS320F2812型号的DSP芯片。图3-2TMS320F2812引脚封装图(3）TMS320芯片的性能特点：320系列是TI公司推出的一款32位定点DSP控制器，是目前最优秀的处理器之一，最高频率150Mhz，哈弗总线结构，12位16通道的ADC模块，有高达56位的输入输出引脚，供电核心电压1.8V,I/O电压1.3V。这款芯片的运行速度、兼容性以及对自然型数据的处理包括音频，视频，语音的压缩和调制等性能非常好，还具有成本效率高，速度快等特点，具有异步串口能与PC相连。它有128个引脚，可以根据系统的需求选取所需要的接口进行电路的连接，如图3-2所示为TMS320F2812引脚图。TMS320F2812芯片有128个引脚，每个引脚的功能各不相同，在喂食机构控制系统中，除了DSP最小系统外还需要引脚的接口如图表3-3所示：引脚号引脚名称I/O特性引脚功能114IADC数字电源42/741.8V核心数字电源68~75PWM1~6I/OPWM输出引脚66/67SCI串行接口表3-3引脚引用表1.1.2基于DSP的步进电机控制原理在系统的控制上，DSP不能直接控制步进电机转动，必须用专门的驱动器，然后由驱动器发出控制脉冲给步进电机，步进电机接收到脉冲信号就会走相对应的角位移，DSP控制电机要了解：电机控制原理；DSP如何控制电机；电机和驱动器之间的联系。（1）步进电机控制原理：一种基于电磁感应原理能把电脉冲信号转化为角位移或线位移的开环控制电机，进而达到精准定位的目的；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。并且步进电机的控制性能稳定，在一些特定的频率范围内稳定运行时，无论什么运动方式都不会失去一步。它的每一步的精度在3%~5%的区间内，还不会将其误差累计。（2）DSP控制步进电机原理：通过DSP（TMS320F2812）控制电机驱动器环节，通过面板给定参数，DSP通过通用定时器与四个I/O接口向步进电机驱动器发送PWM脉冲信号，驱动器接收一个脉冲信号PUL，电机就旋转一个步角，脉冲信号的频率与电机的转速快慢成正比，PWM3与驱动器的方向电平DIR相连，此信号是控制电机的转向，比如如果此信号为高电平时顺时针转反之就是逆时针转动。如图3-4所示DSP的PWM输出口控制驱动器的连接示意图。（3）电机与驱动器连接原理：步进电机驱动器上面有两组线圈的控制线，分别会标有不同的颜色，电机上的四根线与驱动器上四个接口对应连接，驱动器发出的脉冲通过连接线路控制电机的转动和方向，在控制器上面有一个直流电源接口，可以用电池组来给驱动器供电。图3-4DSP与驱动器控制接口示意图1.4基于DSP的人机交互系统的设计在智能控制系统中，需要人为对设备进行参数的设置，例如动物喂食器的定量，定时等参数的设置。喂食器的屏幕充当着人与机器之间连接的桥梁。1.4.1触摸屏的选型在智能控制中，触摸屏是人机互动最简单的模式，人们通过触摸屏可以控制整个智能家居的设备，智能家居化效果直接体现在触摸屏上面，触摸屏是一种液晶显示装置，它可以是一个集成化的小型计算机，它与液晶屏幕的区别是它可以用手指或者触摸笔直接操作面板上的数据，经过显示屏处理后显示出图案或文字。在智能系统中，需要操作不同的设备，系统需要显示各种不同的画面和数据，触摸的选择要符合多种复杂画面和繁琐数据的处理。本文选用台北晶采光电科技股份有限公司生产的AT-320240Q6型液晶显示屏，它由320x240点阵构成，具有高分辨率（点型为0.225nimxQ225mm）、接口方便（5V）、设计简便（内嵌SED1335控制器）、功耗低等优点，常常用于各种便携式设备显示前端以及日用家电显示模块中。1.4.2液晶显示屏与DSP的连接方式由于该款液晶显示屏内嵌了SED1335控制器，并且将接口电路直接引出，因此对于用户而言，整体设计大大简化，只需考虑DSP与接口电路间的连接即可。TMS320F2812与该款液晶显示模块的一种接口设计如图3-5所示。图3-5TMS320F2812与液晶显示模块的接口框图TMS320F2812芯片的数字I/O口工作电压为33V,液晶显示控制器SED1335的工作电压为5V或33V,无需电平转换，可直接将二者数据线相连，这样DSP就能将ROM或RAM中的数据相连，这样DSP就可以将ROM或者PAM中的数据直接送入控制器的缓存中。由于TMS320F2812的内部ROM不可写，但是它有外部存储器接口可外接存储器空间，所以外挂一片1MB的EEPROM（29EE010）作为外部程序区来存储程序和外部字库和系统数据。1.4.3对液晶显示屏初始化进行系统的软件设计时首先对液晶显示屏初始化，使液晶屏按照正确的方式进行显示。液晶显示屏初始化的流程图如图3-6所示。图3-6液晶初始化流程图对液晶屏进行初始化时,实际上是通过软件来实现对硬件设备的驱动，在此基础上在写程序时就必须紧密结合硬件的有关指令进行编写。而对这款液晶屏,其有关SED1335的指令有13条，多数指令带有参数,参数值由用户根据所选择的液晶显示模块的特征和显示需要来设置。指令表如表3-7所示。功能指令代码说明参数量系统控制SYSTEMSET40H初始化，显示窗口设置8SLEEPIN53H空闲操作—显示操作DBPON/OFF5%/58H显示开关,设置显示方式1SCROLL44H设置显示区域，卷动10CSRFORM5DH设置光标形状2CGRAMADR5OH设置CGRAM起始地址2CSRDIR4CH-4FH设置光标移动方向—HDOTSCR5AH设置点单元卷动位置1OVTAY5BH设置合成显示方式1绘制操作CSRW46H设置光标地址2CSRR47H读出光标地址2存储操作MWRITE42H数据写入显示缓冲区—MREAD43H从显示缓冲区读出数据—表3-71.4.4菜单显示由于本系统的设计主要是应用于动物自动喂食装置，其界面主要是以菜单的形式显示。如图3-8图3-8可以看出整个菜单设计，需要显示的文字并不多，采用一个实用的小程序ZMO221来做字库。另外还可以在该软件中把图像图标转换成16进制数据，加到个人字库中，这样就可以在液晶屏上显示预先储存的图标图像。1.4.5人机交互界面设计人机交互设计的重点在于界面的显示及参数的显示、光标的管理及参数的显示修改和保存。系统在内存中特定区域开辟了1个LCD显示缓冲区，将要显示的整个窗口的点阵数据存放在此区间。LCD的显示程序从此区间中读取数据到LCD点阵数据存储区，借此，LCD显示程序可管理用户交互界面。图4为光标管理流程图，菜单序号SN指用户选中的菜单序号（选中的内容需要反显），主要用于光标管理。用户可以用7个按键（向上、向下、向左、向右、修改、确定、返回）在菜单方式下实现人机交互。如图3-9。图3-9光标管理流程图下面以第二级菜单中的参数设置为例，进行详细介绍。在主菜单下，将光标移到“参数设置”，按下“确定”键，进入“参数设置”菜单。装置出厂前已经对各参数进行初始化，存储在二维数组Array]17][5]中，每个参数一行，参数每一位的值都对应存储在数组中的相应位置。定义一个指针p指向Array,表示光标的位置，当然，进入“参数设置”菜单时p=Array[0][0],光标在首行的第一个x的位置，表示选中该参数位。按下“向上"、“向下”、“向左”、“向右”四个方向键来移动光标到待修改的那一位数字上时，p=Arrayfi][〃则根据按下的键不同而作相应的修改一般如下；向上，i-1-向下，i+1;向左,j-1,-向右，j+lo当然，首先要对原来的ij进行判断,遇到特殊情况要特殊处理。如光标原在某行的第-个参数位上，上Q按下向左的键则不改变光标。