基于步進(jìn)電機(jī)的自由擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　( 屆)</b></p><p>　　論文題目 基于步進(jìn)電機(jī)的自由擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　(英文) Free pendulum control system Based on the stepper motor </p><p>　

2、　所在學(xué)院 電子信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)水平、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測與傳感技術(shù)等的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)不斷提高。在數(shù)據(jù)采集方面，數(shù)據(jù)采集卡、儀器放大器、數(shù)字信號(hào)處理芯片等技術(shù)的不斷升級(jí)和更新，有效地加快了數(shù)據(jù)采集的速率和效率。利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可以對(duì)現(xiàn)場各種

4、設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成常規(guī)控制技術(shù)無法完成的任務(wù)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)化、扁平化、智能化、綜合化，微型計(jì)算機(jī)控制已被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事、精密機(jī)械加工、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。本論文將著重討論步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較及技術(shù)前景。</p><p>　　該設(shè)計(jì)是制作一個(gè)自由擺上的平板控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要通過單片機(jī)和角度傳感器來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)來完成自由擺在擺動(dòng)中平板的水平控制，并且通過遙控的

5、方式來控制系統(tǒng)在不同任務(wù)之間切換。整套系統(tǒng)由核心控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、角度傳感器、步進(jìn)電機(jī)、無線收發(fā)電路、語音播放電路、擺桿和支架組成。核心控制電路由SPCE061A凌陽單片機(jī)做控制芯片；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用L298N 2A 雙H橋模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；角度傳感器采用629H463B芯片，用于檢測平板角度的偏移；無線收發(fā)電路采用工作于2.4～2.5GHz ISM頻段單片射頻收發(fā)芯片NRF2401。</p><

6、p>　　關(guān)鍵詞：SPCE061A；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；角度傳感器；NRF2401 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the computer software skills, networking and communications technology, automatic control technology,

7、microelectronics, sensor technology, detection and rapid development of computer-controlled technology continues to improve.In terms of data acquisition, data acquisition card, instrumentation amplifiers, digital signal

8、processing chip technology continues to upgrade and update the effective speed of data acquisition rate and efficiency.Use of computer control technology, on-site devices fo</p><p>　　The design is to produce

9、 a free and put the tablet control system, the system mainly through the chip and angle sensors to control the stepper motor rotation to complete the positive and negative swings in the free plate placed in the level of

10、control and a wireless command to control the system switch between different tasks. The entire system consists of the core control circuit, the motor drive circuit, the angle sensor, stepper motor, wireless transceiver

11、circuit, voice playback circuit, pen</p><p>　　Key words: SPCE061A;Motor drive; Angle sensor; NRF2401</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1引言錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1

12、.1步進(jìn)電機(jī)技術(shù)簡介錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.2步進(jìn)電機(jī)技術(shù)發(fā)展錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.3本文研究主要內(nèi)容錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2總體設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2.1系統(tǒng)方案錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　2.2系統(tǒng)

13、總體設(shè)計(jì)思路3</p><p>　　2.2.1核心控制電路4</p><p>　　2.2.2角度偏移測量電路4</p><p>　　2.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4</p><p>　　2.2.4無線收發(fā)電路5</p><p>　　2.2.5擺桿的選擇5</p><p><

14、;b>　　3硬件設(shè)計(jì)6</b></p><p>　　3.1硬件連接6</p><p>　　3.2SPCE061A概述7</p><p>　　3.2.1SPCE061A模塊結(jié)構(gòu)7</p><p>　　3.2.2SPCE061A主要性能8</p><p>　　3.3無線模塊的選用比較

15、8</p><p>　　3.3.1RF29158</p><p>　　3.3.2nRF2401A9</p><p>　　3.4角度傳感器11</p><p>　　4軟件部分錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.1軟件開發(fā)工具錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.

16、2軟件主體部分及流程圖錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.2.1按鍵發(fā)送端程序錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.2.2自由擺接收端程序15</p><p>　　4.2.3步進(jìn)電機(jī)時(shí)序錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　4.2.4步進(jìn)電機(jī)步距角的計(jì)算19</p><p>　　4.

17、2.5角度相對(duì)偏移量Ax的計(jì)算19</p><p>　　5制作和調(diào)試錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　5.1測試方案錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　5.2測試結(jié)果與分析錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　6結(jié)論錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　6.1系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)錯(cuò)誤!未定義

18、書簽。</p><p>　　6.2系統(tǒng)的缺點(diǎn)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　6.3系統(tǒng)操作錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p&

19、gt;　　附錄2 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品的說明29</p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)技術(shù)簡介</b></p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多用于數(shù)控車床和機(jī)器人系統(tǒng)中．在現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空、航天、電子等領(lǐng)域中，要求完成的工作量大，任務(wù)復(fù)雜，精度高，利用人工操作不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，且

20、難以達(dá)到所要求的精度，還有一些工作環(huán)境是對(duì)人體健康有害的或人類無法到達(dá)的，這就需要數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人來完成這些工作．另外，在計(jì)算機(jī)外設(shè)和辦公室自動(dòng)化設(shè)備中也大量運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)，如磁盤驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、繪圖儀和復(fù)印機(jī)等[1]．</p><p><b>　　語音識(shí)別技術(shù)發(fā)展</b></p><p>　　日前，隨著電子技術(shù)，控制技術(shù)以及電機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機(jī)分類間的界面越來

21、越模糊。[2]筆者認(rèn)為這是機(jī)電一體化元件組的必然趨勢。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)來說，步進(jìn)電機(jī)可以簡單地定義為，根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定角度（或長度），若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電機(jī)[3]。從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)是一種脈沖信號(hào)控制的無刷式直流電機(jī)，也可看作是在一定頻率范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的同步電機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的機(jī)理是基于最基本的電磁鐵作用，其原如模型起源于183

22、0年至1860年間。1870年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈[4]的電極輸送機(jī)構(gòu)中。這被認(rèn)為是最初的步進(jìn)電機(jī)。此后，在電話自動(dòng)交換中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī)。不久又在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中廣泛使用。</p><p>　　20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，而半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展則推進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。在近30年間，步進(jìn)電機(jī)迅速地發(fā)燕

23、并成熟起來。從發(fā)展趨向來講，步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)能與直流電機(jī)、異步電機(jī)、以及同步電機(jī)并列，從而成為電機(jī)的一種基本類型。</p><p>　　我國步進(jìn)電機(jī)的研究及制造起始于本世紀(jì)50年代后期。從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品[6]。這些產(chǎn)品以多段結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。70年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究有所突破。除反映在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長足進(jìn)步外，對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

24、本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高水平。70年代中期至80年年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電機(jī)不斷被開發(fā)。自80年代中期以來，由于對(duì)步進(jìn)電機(jī)精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用[7]。</p><p><b>　　本文研究主要內(nèi)容</b></p><p>　　本課題為基于步進(jìn)電機(jī)的自由擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)目的是將步進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于

25、生活當(dāng)中去。得益于步進(jìn)電機(jī)的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好等種種特點(diǎn)，使得這一目的得以實(shí)現(xiàn)。本課題設(shè)計(jì)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)利用角度傳感器控制步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)各種各樣的操作，進(jìn)而充分了解步進(jìn)電機(jī)的使用。</p><p>　　本課題是基于凌陽十六位單片機(jī)進(jìn)行指令遙控和平板控制部分控制，通過無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遙控。本系統(tǒng)有兩部分組成：發(fā)射模塊和接受模塊。發(fā)射模塊由單片機(jī)控制模塊、無線傳輸模塊組成；接收模塊由單片機(jī)控制模塊、

26、無線接收模塊和受控設(shè)備組成。</p><p>　　在發(fā)射模塊處，有按鍵控制單片機(jī)，然后控制無線傳輸模塊發(fā)射相應(yīng)數(shù)據(jù)至接收模塊處。接收模塊處，無線接收模塊接收信號(hào)，通過單片機(jī)控制模塊處理，然后控制各個(gè)模塊來完成相應(yīng)的指令。</p><p>　　全文共分七章，各章的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　引言。介紹課題來源，研究意義及發(fā)展趨勢。</p><

27、;p>　　總體設(shè)計(jì)。介紹本課題設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路以及核心控制電路、角度偏移測量電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、無線收發(fā)電路等。</p><p>　　硬件設(shè)計(jì)。以模塊為單位分別介紹SPCE061A模塊、無線模塊和角度傳感器模塊實(shí)現(xiàn)其功能的原理及過程。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)。軟件實(shí)際的流程和設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，以模塊為單位分別介紹自由擺程序和按鍵程序?qū)崿F(xiàn)其功能的原理及過程以及步進(jìn)電機(jī)步角計(jì)算

28、的方法。</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試。敘述系統(tǒng)調(diào)試過程和測試本次設(shè)計(jì)的成果。</p><p>　　總結(jié)。對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)、不足之處進(jìn)行總結(jié)。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)方案</b></p><p>　　1）系統(tǒng)能處理多個(gè)任務(wù)，

29、不同的任務(wù)針對(duì)題目中的不同要求，由不同的應(yīng)用程序來處理，任務(wù)的切換通過按鍵操作來完成。</p><p>　　2）對(duì)于基本要求，只需測量自由擺的擺動(dòng)周期，然后調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期即可完成。</p><p>　　3）對(duì)于需要保持自由擺平板平衡的要求，我們利用角度傳感器獲得自由擺的平板在擺動(dòng)中的偏移角，使用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)來修正平板的偏移角為需要值即可。</p><

30、;p>　　4）為了使自由擺的控制操作的切換更加方便，我們使用了無線控制的方式，將任務(wù)切換的按鍵控制端和自由擺角度修正的控制端分成兩個(gè)獨(dú)立部分，它們之間通過無線方式進(jìn)行通信。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本系統(tǒng)總體框圖如圖2-1。主要有SPCE061A單片機(jī)控制模塊、無線傳輸模塊和受控設(shè)備組成[8]。其中它是由兩部分組

31、成：發(fā)射模塊和接受模塊。發(fā)射模塊由單片機(jī)控制模塊、無線傳輸模塊組成；接收模塊由單片機(jī)控制模塊、無線接收模塊和受控設(shè)備組成。</p><p>　　圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　核心控制電路</b></p><p>　　核心控制類芯片很多，比如89C51單片機(jī)，ARM等單片機(jī)，它的選擇也是我們考慮得最慎重的，因?yàn)楹诵目刂菩酒?/p>

32、的選擇對(duì)整個(gè)方案和外圍器件的選擇都要決定性的影響。考慮到芯片的性能和我們的熟悉情況，在這里我們選擇凌陽公司的SPCE061A精簡開發(fā)板—61A板作為控制電路[9]。首先我們對(duì)這款開發(fā)板非常熟悉，這樣也能降低我們的設(shè)計(jì)難度，縮短開發(fā)時(shí)間。其次這款單片機(jī)的工作速度較高，具有32位編程多功能I/O端口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，內(nèi)置有16位乘法器。、凌陽十六位單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境集軟件編輯編譯仿真鏈接在線編程在線調(diào)試等眾多功能于一體，具有友好的

33、交互界面、程調(diào)試工作更加方便且高效，此外它的軟件仿真功能可以在不連接開發(fā)板的情況下模擬硬件的各項(xiàng)功能來調(diào)試程序 。</p><p><b>　　角度偏移測量電路</b></p><p>　　校正角度偏移可以用電位器等模塊，凌陽公司的SPCE061A精簡開發(fā)板也有相應(yīng)配套的角度傳感器模塊以及成功的應(yīng)用案例?？紤]的設(shè)計(jì)周期和兼容問題，我們選用了凌陽公司的629H436B芯

34、片的角度傳感器模塊。該模組可以使用單軸測量2個(gè)面的傾角±60°及使用雙軸測量1個(gè)面內(nèi)的0～360°的傾角。完全能滿足我們的任務(wù)要求。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　凌陽公司的SPCE061A精簡開發(fā)板也有相應(yīng)配套的步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)，但是該電機(jī)為了獲得更大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和更高的精度，電機(jī)內(nèi)部加入了減速裝

35、置，通過變速齒輪組將電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速減小至1/64[10]。我們?cè)跍y試中發(fā)現(xiàn)，在我們將其能適應(yīng)的激勵(lì)脈沖調(diào)到最大時(shí)，其運(yùn)行一個(gè)周期的時(shí)間為10秒以上，響應(yīng)速度達(dá)不到我們的任務(wù)要求。在這里我們采用響應(yīng)速度較快的ST公司的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊采用高電壓,大電流的L298N驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)含2個(gè)H橋高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　無線收發(fā)電路</

36、b></p><p>　　根據(jù)我們的熟悉情況，我們?cè)谶@里采用了NRF2401是單片射頻收發(fā)芯片作為我們的無線收發(fā)模塊，該芯片工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCei

37、verTM技術(shù)使NRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　擺桿的選擇</b></p><p>　　擺桿要求轉(zhuǎn)軸中心與步進(jìn)電機(jī)的中心為100cm,那么擺桿的長度可以選用110cm或120cm。想到了采用120cm的有機(jī)尺子。但是等采購回來后才發(fā)現(xiàn)這個(gè)方案行不通：尺子的彈性比較大，在擺動(dòng)中間容易發(fā)生不規(guī)則的前后側(cè)擺，這樣影響

38、我們擺的擺動(dòng)周期的規(guī)律。最后采用長制木板作為擺桿，其厚度為70mm,寬度為42mm。固定支架采用木板，用鐵絲固定擺桿。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件連接</b></p><p>　　基于自由擺的平板控制系統(tǒng)由兩塊都有SPCE061A作為控制系統(tǒng)的電路板組成。發(fā)射模塊由SPC

39、E061A和nRF2401無線模塊，它的硬件連接圖如圖3-1 3-2所示.</p><p>　　圖3-1 發(fā)射模塊系統(tǒng)硬件連接圖</p><p>　　圖3-2 接受模塊系統(tǒng)硬件連接圖</p><p>　　SPCE061A概述</p><p>　　SPCE061A是凌陽科技公司μ’nSP?系列產(chǎn)品中的16位微控制器芯片，內(nèi)置32K內(nèi)存，其較

40、高的處理速度使芯片能夠非常容易、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)，適用于數(shù)字語音識(shí)別等應(yīng)用領(lǐng)域。在2.6～3.6V工作電壓范圍內(nèi)，SPCE061A的工作速度范圍為0.32～49.152MHz，具備8通道10位ADC輸入功能，內(nèi)置的具有自動(dòng)增益控制的麥克風(fēng)輸入功能，雙通道10位DAC音頻輸出功能及A、B兩個(gè)I/O輸入輸出功能。其主要特點(diǎn)是：語音處理能力，A/D轉(zhuǎn)換功能，開發(fā)調(diào)試方便[11]。</p><p>　　SPCE0

41、61A模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3-2所示為SPCE061A的模塊結(jié)構(gòu)圖。其主要模塊有并行I/O端口、模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC、數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC、存儲(chǔ)器RAM&FLASH、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T/C（脈寬調(diào)制輸出PWM）、WatchDog、異步串行通信口UART、指令寄存器IR、設(shè)備串行口SIO、低電壓檢測LVD（低電壓復(fù)位）[12]等。</p><p>　　圖3-3 SPCE061A模

42、塊結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　SPCE061A主要性能</p><p>　　SPCE061A單片機(jī)的主要性能有：</p><p>　　內(nèi)核采用µ’nSPTM微處理器。</p><p>　　工作電壓VDD為2.6～3.6V（CPU），I/O端口高電平VDDH為VDD～5.5V。</p><p>　　CPU時(shí)鐘頻

43、率為0.320～49.152MHz。</p><p>　　具有可編程音頻處理功能。</p><p>　　兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　32位通用可編程輸入/輸出端A口和B口。</p><p><b>　　內(nèi)置看門狗監(jiān)視器。</b></p><p>　　內(nèi)置在線仿真(ICE，

44、In-Circuit Emulator)接口。</p><p><b>　　無線模塊的選用比較</b></p><p><b>　　nRF2915</b></p><p>　　nRF2915是一種單片RF收發(fā)電路，工作在433MHz／868MHz／915MHz ISM頻段，具有FSK／ASK／OOK調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能

45、力強(qiáng)，適合工業(yè)控制應(yīng)用；采用PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，靈敏度高(-96dBm)，最大發(fā)射功率達(dá)+8.5dBm，可直接與微控制器接口[13]，低工作電壓(2.4V～5.0V)，低功耗模式，待機(jī)狀態(tài)僅為1μA，僅需外接少數(shù)元器件，即可構(gòu)成一個(gè)完整的射頻收發(fā)器，可方便地嵌入各種測量和控制系統(tǒng)中，可在儀器儀表中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線抄表系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。</p><p>　　nRF

46、2915的電路圖如圖3-4所示。內(nèi)部包含了發(fā)射功率放大器（PA）、低噪聲接收放大器（LNA）、壓控振蕩器（VCO）、混頻器（MIXER）、中頻放大器、使能控制邏輯等電路。</p><p>　　圖3-4 nRF2915電路圖</p><p><b>　　nRF2401A</b></p><p>　　nRF2401為單片射頻收發(fā)芯片，工作在2.4

47、～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗低，在-5dBm的發(fā)射功率下，工作電流為10.5mA，接收時(shí)工作電流為18mA，具有多種低功率工作模式。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。</p><p>　　nRF2401A芯片，提供了一路的數(shù)據(jù)發(fā)送和兩路的數(shù)據(jù)接收功能。

48、無線傳輸模組接口包括：一排10Pin接口J1、一排3Pin的預(yù)留接口J2，J1為芯片的控制和通道1的收發(fā)通道，J2為通道2的預(yù)留接口，通常使用J1接口。</p><p>　　nRF2401A電路如圖 3-5，包括nRF2401A芯片部分、穩(wěn)壓部分、晶振部分、天線部分。電壓VDD經(jīng)電容C1、C2、C3處理后為芯片提供工作電壓；晶振部分包括Y1、C9、C10，晶振Y1允許值為：4MHz、8MHz、12 MHz、16

49、MHz，如果需要1Mbps的通信速率，則必須選擇16MHz晶振。天線部分包括電感L1、L2，用來將nRF2401A芯片ANT1、ANT2管腳產(chǎn)生的2.4G電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)，或者將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)輸入芯片的ANT1、ANT2管腳。</p><p>　　圖3-5 nRF2401電路圖</p><p>　　I/O連接和功能描述如表3-1所示。</p><p&

50、gt;　　單片機(jī)與NRF2401采用SPI接口方式，圖3-4為單片機(jī)向NRF2401發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)序如圖進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。其他寫入命令和讀取NRF2401數(shù)據(jù)與圖3-6類似。</p><p>　　圖3-6 單片機(jī)向NRF2401發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)序圖</p><p>　　上述兩種芯片中，nRF2401可直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)無需曼徹斯特編碼，而nRF2915芯片不能直接接單片機(jī)串口，數(shù)據(jù)需要進(jìn)行曼徹斯

51、特編碼，效率相對(duì)較低。本次處理器是采用SPCE061A單片機(jī)，選用nRF2401效率較高。nRF2401的工作在2.4GHz的自由頻段，方便開發(fā)，適用于生活中。而且nRF2401是無線模塊中體積較小、能耗較少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片，較為適合本課題的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　角度傳感器</b></p><p>　　MEMSIC 的熱電偶加速度傳感

52、器是一個(gè)低價(jià)格雙軸，并且集成有混合信號(hào)處理電路的線性運(yùn)動(dòng)傳感器。這類線性傳感器可以測量運(yùn)動(dòng)和靜態(tài)的加速度。靜態(tài)加速度的一個(gè)特殊例子是重力加速度。當(dāng)加速度傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度重力垂直和加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角。</p><p>　　因?yàn)榻嵌扔伸`敏軸和重力矢量組成的垂直平面決定，傾斜可以從各種初始的加速度傳感器位置測得。在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，加速度傳

53、感器的位置由水平或者垂直的PCB(印刷電路板)決定。選擇每種位置進(jìn)行傾斜測量都經(jīng)過一定的權(quán)衡，如圖3-7.</p><p>　　圖3-7 角度傳感器電路圖</p><p><b>　　軟件部分</b></p><p><b>　　軟件開發(fā)工具</b></p><p>　　我們所使用的軟件開發(fā)工具是

54、由凌陽公司開發(fā)的unSP IDE。IDE即集成開發(fā)環(huán)境，是具備了（1）代碼編輯器：在開發(fā)環(huán)境里寫入代碼，編輯程序。（2）編譯器：負(fù)責(zé)把高級(jí)語言翻譯成機(jī)器語言。（3）調(diào)試器：檢測代碼語法錯(cuò)誤，排除系統(tǒng)故障。（4）程序下載：把機(jī)器碼下載到仿真板或開發(fā)系統(tǒng)上。除此之外，unSP還支持工程的開發(fā)，將多個(gè)程序文件組織成一個(gè)系統(tǒng)，利于大型系統(tǒng)的開發(fā)，方便把一些程序進(jìn)行模塊化，形成系統(tǒng)中的功能模塊。同時(shí)它還結(jié)合16位單片機(jī)的硬件提供各類在線調(diào)試窗口，

55、使調(diào)試程序變得更加直觀和簡單。unSP IDE集成開發(fā)環(huán)境如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 IDE集成開發(fā)環(huán)境</p><p>　　unSP IDE具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使編程、調(diào)試工作方便且高效。它還提供一些軟件模擬16位單片機(jī)仿真的功能，在沒有硬件的情況下也可以完成一些簡單程序的調(diào)試?？梢酝ㄟ^集成開發(fā)環(huán)境使用C 語言和匯編語言對(duì)16位

56、單片機(jī)進(jìn)行編程。C語言是一種比匯編語言更高級(jí)的語言。其優(yōu)點(diǎn)是可以很好的組織程序，并且容易讀懂，可以在多種單片機(jī)上運(yùn)行，是普遍使用的一種計(jì)算機(jī)語言。缺點(diǎn)是占用硬件資源較多，處理速度和效率沒有匯編高。</p><p>　　軟件主體部分及流程圖</p><p>　　系統(tǒng)的核心控制程序都是運(yùn)行在SPCE061A核心控制板上，由按鍵發(fā)送端程序和自由擺接收端程序兩部分組成，分別運(yùn)行在兩塊SPCE061

57、A核心控制板上。</p><p><b>　　按鍵發(fā)送端程序</b></p><p>　　如圖4-1，這部分程序主要功能是通過按鍵的輸入進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)的切換，并且將控制指令以無線的方式發(fā)送到自由擺控制端,。</p><p>　　圖4-1 按鍵控制端程序流程圖</p><p>　　unsigned int KeyScan(

58、)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　定義全局變量；</b></p><p><b>　　IOA串口的設(shè)置；</b></p><p>　　f=*P_IOA_Data&0x000f;</p><p>　　if(f=

59、=0) //無鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　return f;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b&g

60、t;</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Delay(5000*8); //去抖，對(duì)按鍵掃描</p><p>　　f1=*P_IOA_Data&0x000f;</p><p><b>　　if(f==f1)</b></p

61、><p><b>　　{</b></p><p>　　return f1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p&

62、gt;<b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　自由擺接收端程序</b></p&g

63、t;<p>　　如圖4-2，這部分程序也是系統(tǒng)最主要的控制程序，本部分程序主要是用來接收無線指令來進(jìn)行任務(wù)的切換、根據(jù)角度傳感器的檢測到的角度和系統(tǒng)的控制要求來完成步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。</p><p>　　圖4-2 按鍵控制端程序流程圖</p><p>　　//=========================================================

64、=//</p><p>　　//接收部分的主函數(shù)，主要功能接收數(shù)據(jù)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)執(zhí)行動(dòng)作。//</p><p>　　//==========================================================//</p><p>　　int main()</p><p>　　{ // 定義變量；</p>

65、;<p>　　// IO口初始化；</p><p>　　nRF2401_Initial();// nRF2401A初始化</p><p>　　nRF2401_Mode(0);// 設(shè)置nRF2401A工作方式:接收</p><p>　　Memsic_Init();</p><p>　　shiyancoun

66、t=0；</p><p>　　uiData = 0; </p><p>　　*P_INT_Ctrl_New |= C_IRQ5_4Hz;</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　ba

67、o();</b></p><p>　　if(*P_IOA_Data!=0x0000) //有鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　key_data = KeyScan();</p><p>　　key_data=1; </p>

68、<p>　　switch(key_data)</p><p>　　{ case 0x01: </p><p><b>　　break; </b></p><p>　　case 0x02: </p><p>　　case 0x04:</p><p><

69、b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if((nRF2401_RxStatus()) == 1)// nRF2401A有數(shù)據(jù)請(qǐng)求</p><p><b>　　{</b></p><p>　　nRF2401_ReceiveByte(

70、RxBuf);// 接收數(shù)據(jù)</p><p>　　switch(RxBuf[0])</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1: // 任務(wù)1</p><p><b>　　break;</b></p><p&

71、gt;　　case 2: // 任務(wù)2</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 3:// 任務(wù)3</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default:</b></

72、p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　*P_Watchdog_Clear = 0x0001;</p><p><b>　　}</

73、b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void zuanyicis() //任務(wù)一 順</p><p>　　{ </p><p>　　for(j=0;j<4;j++)</p><p><b>　　{</b>&l

74、t;/p><p>　　*P_IOB_Data=zheng[j];</p><p>　　delay1(50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　*P_Watchdog_Clear = 0x0001; </p><p><b>　　}</b></p&

75、gt;<p>　　void zuanyici1() //任務(wù)二的順時(shí)針</p><p>　　{ </p><p>　　for(j=0;j<4;j++)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　*P_IOB_Data=zheng[j];</p>

76、;<p>　　delay2(50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　*P_Watchdog_Clear = 0x0001; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void zuanyici2() //任務(wù)二的逆時(shí)針&l

77、t;/p><p>　　{ </p><p>　　for(j=0;j<4;j++)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　*P_IOB_Data=zheng1[j];</p><p>　　delay2(50);</p><p>

78、;<b>　　}</b></p><p>　　*P_Watchdog_Clear = 0x0001; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void bao() //任務(wù)二</p><p><b>　　

79、{</b></p><p>　　delay1(3);</p><p><b>　　kj=Ax;</b></p><p>　　if( kj<500 & kj>444) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(l=

80、0;l<1;l++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　zuanyici1();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if( kj>520 &

81、 kj<593)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(l=0;l<1;l++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　zuanyici2();</p><p><b>　　}</b>&l

82、t;/p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void jiguang() //任務(wù)三</p><p><b>　　{</b></p>

83、<p>　　if(kj>457& kj<485 & g<kj)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(l=0;l<14;l++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　zuanyicis();

84、</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　*P_Watchdog_Clear=0x0001;</p><p><b>　　}<

85、;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)時(shí)序</b></p><p>　　模組配備的步進(jìn)電機(jī)為35BYJ26型永磁步進(jìn)電機(jī)，工作方式為雙極性兩相四拍。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的

86、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。</p><p>　　為使步進(jìn)電機(jī)獲得更大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和更高的精度，電機(jī)內(nèi)部加入了減速裝置，通過變速齒輪組將電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速減小至1/64。這樣，步進(jìn)電機(jī)每接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)動(dòng)的角度（即步距角）可以達(dá)到15

87、6;的1/64。</p><p>　　電機(jī)共引出4根控制線： </p><p>　　表4-1 步進(jìn)電機(jī)控制線</p><p>　　其中，1A與1B是電機(jī)內(nèi)部一組線圈的兩個(gè)抽頭，2A與2B是另一組線圈的兩個(gè)抽頭。只需以一定的順序控制兩組線圈中的電流方向即可使步進(jìn)電機(jī)按指定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4-3，下面的通電時(shí)序可使電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)：</p><p>

88、;　　圖4-3 使步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的控制時(shí)序圖</p><p><b>　　代碼：</b></p><p>　　unsigned int zheng[4]={0x0a00,0x0600,0x0500,0x0900}; //順時(shí)針轉(zhuǎn)</p><p>　　unsigned int zheng1[4]={0x0900,0x0500,0x0600,

89、0x0a00}; //逆時(shí)針轉(zhuǎn)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)步距角的計(jì)算</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半

90、步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 </p><p>　　通常步進(jìn)電機(jī)步距角β的一般計(jì)算按下式計(jì)算。 </p><p>　　β=360°/（Z·m·K） </p><p>　　式中 β―步進(jìn)電機(jī)的步距角；

91、 </p><p><b>　　Z―轉(zhuǎn)子齒數(shù)； </b></p><p>　　m―步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)； </p><p>　　K―控制系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)</p><p>　　角度相對(duì)偏移量Ax的計(jì)算</p><p>　　傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如

92、光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。我們用角度傳感器測量擺桿相對(duì)于垂直位置傾斜的角度。</p><p>　　測量傾斜角時(shí),加速度傳感器的x 和y 軸可以結(jié)合起來得到在360°范圍內(nèi)都比較好的分辨率。這需要一個(gè)雙軸的加速度傳感器來進(jìn)行單個(gè)軸傾斜角的測量。 </p><p>　　其中Ax 和Ay 代表加速度傳感器的輸出，g 是以重力作為參考的加速度

93、值，而α 和β 是傾斜角度，我們用反正弦函數(shù)變換就能得到角度值，一下為反正弦函數(shù)：</p><p>　　通過角度傳感器，得出平板角度，然后電機(jī)通過這個(gè)角度的變化，來調(diào)整平板的位置，使其保持平衡。</p><p><b>　　制作和調(diào)試</b></p><p><b>　　測試方案</b></p><p&

94、gt;　　本系統(tǒng)是基于自由擺上的平板控制系統(tǒng)，所以測試中最首要的制作自由擺，并且根據(jù)題目要求的功能，安裝好核心控制板、角度傳感器模塊、步進(jìn)電機(jī)、無線收發(fā)電路。制作自由擺采用木板做擺桿，在其上端打一圓孔，安裝滾軸，將其固定在一支架上。用長為40cm,寬為32cm，厚度為2cm的木板作為支架，用鐵絲固定，并在支架上放著除步進(jìn)電機(jī)外的其他電路，這樣就能減少對(duì)擺桿擺動(dòng)的影響。</p><p>　　對(duì)于基本要求1），我們采

95、用讓桿自由擺動(dòng)5個(gè)周期內(nèi)，然后用表來記錄時(shí)間、記錄步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)周數(shù)和起始角與結(jié)束角，然后檢查起結(jié)果看是否符合要求。</p><p>　　對(duì)于基本要求2），我們采用用手推動(dòng)自由擺桿在30度到45度角度后，在平板中心放置1枚一元硬幣，啟動(dòng)后放開擺桿讓其自由擺動(dòng)，記錄5個(gè)周期內(nèi)，硬幣的位置狀態(tài)，檢查起結(jié)果看是否符合要求。</p><p>　　對(duì)于基本要求3），我們采用在平板上固定一激光筆，在距

96、擺桿150cm距離處放置一靶子。在擺桿垂直靜止且平版處于水平時(shí)，調(diào)節(jié)靶子高度，使激光照射在靶紙的某一條線上，標(biāo)示此線為中心線，用手推動(dòng)自由擺桿在30度到60度角度后，讓桿自由擺動(dòng)，15秒鐘后，記錄激光在靶子上的位置，檢查起結(jié)果看是否符合要求。</p><p>　　我們一直采用無線的方式發(fā)送命令進(jìn)行任務(wù)切換，并一直測試語音播報(bào)的準(zhǔn)確性。</p><p><b>　　測試結(jié)果與分析&

97、lt;/b></p><p>　　1）我們用角度傳感器進(jìn)行測量，每一次擺桿相對(duì)于垂直位置的角度偏移，對(duì)應(yīng)在角度傳感器上有個(gè)Ax的變化。如表5-1：</p><p>　　表5-1 角度傳感器測量角度表</p><p>　　測試結(jié)果分析：擺桿在右邊擺動(dòng)時(shí)，隨著角度的增大，Ax的值逐漸解??；在左邊擺動(dòng)時(shí)，隨著角度的增大,Ax的值逐漸增大。根據(jù)Ax值的變化，得到相應(yīng)

98、的角度，來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　2）在基本要求（1）中，擺桿在一周期內(nèi)，電機(jī)可以正常旋轉(zhuǎn)一周，多次試驗(yàn)后，偏差小于40度，滿足要求。</p><p>　　3）在基本要求（2）中，步進(jìn)電機(jī)在整個(gè)過程中對(duì)擺桿進(jìn)行調(diào)整，但在試驗(yàn)中，由于擺桿的初始速度太快，加速度較大，慣性也大，傳感器和系統(tǒng)處理速度的滯后效應(yīng)。使錢幣在初始狀態(tài)下，較易跌落。但一旦過了初始狀態(tài)，錢幣在電機(jī)的調(diào)整中

99、一直處于平板中心</p><p>　　4）在基本要求（3）中系統(tǒng)根據(jù)角度傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，及時(shí)調(diào)整平臺(tái)，平臺(tái)可以跟蹤中心，并且通過語言的方式把結(jié)果播報(bào)出來。</p><p>　　圖5-1 實(shí)物測試圖</p><p>　　圖5-2 實(shí)物測試圖</p><p><b>　　結(jié)論</b></p>&

100、lt;p><b>　　系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　該基于步進(jìn)電機(jī)的自由擺控制系統(tǒng)是利用角度傳感器探測出單擺的角度，然后經(jīng)過凌陽單片機(jī)的處理，通過控制步進(jìn)電機(jī)來完成各項(xiàng)指標(biāo)。本系統(tǒng)就充分利用了步進(jìn)電機(jī)的特性！步進(jìn)電機(jī)相對(duì)普通電機(jī)來說，他可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度和速度控制，無需反饋信號(hào)。但是步進(jìn)電機(jī)不適合使用在長時(shí)間同方向運(yùn)

101、轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，即使用時(shí)通常都是短距離頻繁動(dòng)作較佳。步進(jìn)電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)器使用，很多驅(qū)動(dòng)器都支持細(xì)分功能，即實(shí)現(xiàn)很小的步進(jìn)角，控制更精確。</p><p><b>　　系統(tǒng)的缺點(diǎn)</b></p><p>　　由于開發(fā)時(shí)間短，系統(tǒng)尚有很多缺陷及能改進(jìn)的地方。該系統(tǒng)如今還是會(huì)在控制平板的出現(xiàn)抖動(dòng)的問題，無法使硬幣在平板上平穩(wěn)的完成各項(xiàng)指標(biāo)。另外還有系統(tǒng)的設(shè)備和環(huán)境問題

102、，在進(jìn)行各項(xiàng)操作的時(shí)候，系統(tǒng)操作的誤差比較大。</p><p><b>　　系統(tǒng)操作</b></p><p>　　控制電機(jī)使平板可以隨著擺桿的擺動(dòng)而旋轉(zhuǎn)（3～5 周），擺桿擺一個(gè)周期，平板旋轉(zhuǎn)一周（360º），偏差絕對(duì)值不大于45°?？刂齐姍C(jī)調(diào)整平板角度，在平板中心穩(wěn)定放置一枚1 元硬幣（人民幣），啟動(dòng)后放開擺桿讓其自由擺動(dòng)。在擺桿擺動(dòng)過程中，要求

103、控制平板狀態(tài)，使硬幣在5個(gè)擺動(dòng)周期中不從平板上滑落，并盡量少滑離平板的中心位置。在平板上固定一激光筆，光斑照射在距擺桿150cm 距離處垂直放置的靶子上。擺桿垂直靜止且平板處于水平時(shí)，調(diào)節(jié)靶子高度，使光斑照射在靶紙的某一條線上，標(biāo)識(shí)此線為中心線。用手推動(dòng)擺桿至一個(gè)角度θ（θ在30º～60º間），啟動(dòng)后，系統(tǒng)應(yīng)在15 秒鐘內(nèi)控制平板盡量使激光筆照射在中心線上（偏差絕對(duì)值＜1cm），完成時(shí)以LED 指示。</p&g

104、t;<p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利的完成，離不開我的指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)。老師雖然平時(shí)的工作比較忙，但是老師總會(huì)盡量抽出時(shí)間來指導(dǎo)我們。老師很敬業(yè)，很有責(zé)任感，在他組未開始之時(shí)，我組已經(jīng)開始畢業(yè)設(shè)計(jì)方便的培訓(xùn)了。之后更是密切關(guān)注我們的進(jìn)展，每星期都會(huì)聯(lián)系我們，詢問我們的目前進(jìn)展。此外，為了能讓我們更順利、更好地完成設(shè)計(jì)，老師為我們

105、安排了實(shí)驗(yàn)室，以供我們相互學(xué)習(xí)討論。對(duì)我們的碰到問題，總是積極鼓勵(lì)我們并讓我們自己去思考。經(jīng)常還會(huì)跟我們討論我們很難克服的問題，細(xì)心給我們講述，讓我們理解其中的原理。</p><p>　　另外，還要感謝在設(shè)計(jì)之中給予幫助的同學(xué)們。沒有他們給予靈感、鼓勵(lì)以及幫助，我也無法一次次的排除困難，突破瓶頸，最終完成設(shè)計(jì)。</p><p>　　最后再次感謝所有幫助過我的老師們，同學(xué)們！</p&g

106、t;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李景濤,韓英.基于SPMC75F2413A單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)加減速控制[J].2010,18(4).</p><p>　　[2] 鄭則炯.基于DECO指令對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)三相六拍的設(shè)計(jì)[J].大眾科技,2010(2).</p><p>　　[3] 陳桂順,包曄峰

107、,單明東,蔣永鋒. 基于PIC單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器[J].電焊機(jī),2011,41(4).</p><p>　　[4] 陳興文,劉燕.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2009,36(7).</p><p>　　[5] 鄭則炯.基于DECO指令對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)三相六拍的設(shè)計(jì)[J].大眾科技,2010(2).</p><p>　　[6]

108、諸志龍,牛禮民.車輛半主動(dòng)懸架中步進(jìn)電機(jī)的控制研究[J].微電機(jī),2011,44(3).</p><p>　　[7] 史水娥.楊豪強(qiáng).秦鑫.基于單片機(jī)的UHF電調(diào)濾波器的實(shí)時(shí)調(diào)諧設(shè)計(jì)[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2009(5).</p><p>　　[8] 王京京,徐波,張巧云,黃勤兵,周桂耀,侯藍(lán)田.基于S3C2440嵌入式Linux下CO2激光雕刻系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)[

109、J].電子技術(shù),2010(7).</p><p>　　[9] 孫攀軍.基于凌陽SPMC75的步進(jìn)電機(jī)位移檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].太原科技大學(xué),2010.</p><p>　　[10] Popovici,D. (2002) Comanda Numeric? a Ac?ion?rilor Electrice,Timi?oara: Editura Politehnica.</p>&l

110、t;p>　　[12] 李曉白.凌陽16位單片機(jī)C語言開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006,9.</p><p>　　[13] 黃智偉,王彥,李金龍.FSK/ASK/OOK無線電收發(fā)器RF2915的原理及應(yīng)用[J].電子元器件應(yīng)用,2002,11(4): 9～10.</p><p><b>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖</b></p><

111、;p>　　圖一 單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖</p><p>　　圖二 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖</p><p>　　圖三 SPCE061A控制電路圖</p><p>　　圖四 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖</p><p>　　圖五 角度偏移測量電路原理圖</p><p>　　圖六 無線收發(fā)電路原理圖</p>&l

112、t;p>　　附錄3 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品的說明</p><p><b>　　作品名稱</b></p><p>　　基于步進(jìn)電機(jī)的自由擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　作品功能</b></p><p>　　1、實(shí)現(xiàn)單擺一個(gè)周期內(nèi)，平板旋轉(zhuǎn)一周</p><p>　　2、在

113、單擺自由擺動(dòng)的過程中，控制平板，是硬幣在五個(gè)擺動(dòng)周期不會(huì)滑落</p><p>　　3、將單擺推動(dòng)一個(gè)角度，控制平板，使平板上固定的激光筆旋轉(zhuǎn)，光斑照射在靶紙上的中心線上。</p><p><b>　　運(yùn)行環(huán)境</b></p><p><b>　　硬件環(huán)境：</b></p><p><b>

114、　　SPCE061A</b></p><p><b>　　軟件環(huán)境：</b></p><p><b>　　unSP IDE</b></p><p><b>　　操作步驟</b></p><p>　　控制電機(jī)使平板可以隨著擺桿的擺動(dòng)而旋轉(zhuǎn)（3～5 周），擺桿擺一個(gè)周期

115、，平板旋轉(zhuǎn)一周（360º），偏差絕對(duì)值不大于45°。</p><p>　　控制電機(jī)調(diào)整平板角度，在平板中心穩(wěn)定放置一枚1 元硬幣（人民幣），啟動(dòng)后放開擺桿讓其自由擺動(dòng)。在擺桿擺動(dòng)過程中，要求控制平板狀態(tài)，使硬幣在5個(gè)擺動(dòng)周期中不從平板上滑落，并盡量少滑離平板的中心位置。</p><p>　　在平板上固定一激光筆，光斑照射在距擺桿150cm 距離處垂直放置的靶子上。擺桿垂

116、直靜止且平板處于水平時(shí)，調(diào)節(jié)靶子高度，使光斑照射在靶紙的某一條線上，標(biāo)識(shí)此線為中心線。用手推動(dòng)擺桿至一個(gè)角度θ（θ在30º～60º間），啟動(dòng)后，系統(tǒng)應(yīng)在15 秒鐘內(nèi)控制平板盡量使激光筆照射在中心線上（偏差絕對(duì)值＜1cm），完成時(shí)以LED 指示。</p><p><b>　　注意事項(xiàng)</b></p><p>　　每次完成指示后，如需再發(fā)送指示，需要重