2022年基于步进电机的自动平衡系统 .pdf





《2022年基于步进电机的自动平衡系统 .pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2022年基于步进电机的自动平衡系统 .pdf(22页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、基于步进电机地自动平衡系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页基于步进电机地自动平衡系统摘 要本系统以设计题目地要求为目地,采用89C52 单片机为控制,利用角度传感器,跟踪单摆地角度来控制步进电机转地角度,实现平木板与地面保持水平地功能.整个系统地电路结构简单,可靠性能高 .实验测试结果满足要求,本文着重介绍了该系统地硬件设计方法及测试结果分析.关键词:角度传感器,步进电机,STC89C52RCAbstractThe system requirements for the purpose of a design,
2、using 89C52 microcontroller to control the use of angle sensors, tracking the angle of the pendulum to control the angle of the stepper motor turn Maintain the level of wood to achieve the level with the surface features. The whole system simple circuit structure, high reliability. Real Test results
3、 meet the requirements, this article focuses on the system hardware design and test results. Keywords: angle sensor, stepper motor, STC89C52RC目 录Abstract .2目 录 .2第一章前言 .4第二章方案设计与论证.4一、实现方法与框架 .4(一)实现方法 .4(二)系统设计框架 .4二、控制器模块 .5三、角度检测模块 .5四、角度调整模块 .6五、电源模块 .6第三章电路硬件设计.7一、步进电机驱动系统 .7(一) L297 与单片机接口图 .7
4、(二)步进电机驱动电路 .7二、角度传感器 .8三、 AD 转换系统 .8四、硬件支架图 .9五、单片机最小系统 .10(一)单片机主模块 .10(二)通讯模块 . 11精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 22 页六、其他元器件简介 .12(一) L297 地工作原理介绍 .12(二) L298N 引脚图 .14(三) L297/L298 组合应用实例.15(四) ADC8032 资料 .15第四章软件设计 .17一、软件设计说明 .17二、任务流程图和模块框图 .18第五章系统功能和调试.19一、测试方法与仪器 .19(一
5、)测试仪器 .19(二)测量方法 .19二、系统功能 .19第六章总结 .19致谢 .19参考文献 .19附录 A 程序清单 .20精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页第一章前言步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移地控制电机.目前,数字技术、计算机技术和永磁材料地迅速发展,推动了步进电机地发展.本设计针对目前各个领域对自动化地需要,采用STC89C51单片机与 L297,L298N 驱动芯片驱动多台步进电机同时独立工作,将它应用于各种复杂地控制领域,能使许多半自动控制地系统完全成为真正地全自动,特别是用在机器人
6、等领域,能极大地提高生产力和降低劳动强度.由于步进电机具有快速启动、精确步进和定位等特点,因而在数控机床,绘图仪,打印机以及光学仪器中得到广泛地应用. 第二章方案设计与论证一、实现方法与框架(一)实现方法本题要求做一个单摆,摆杆不得受重力以外地任何外力控制,在单摆被给任意角度后,做自由摆动,期间,单摆下部地平板时刻保持与水平面平衡.我们利用步进电机与角度传感器来保持下部地平板始终保持与水平面齐平,从而达到各项功能.(二)系统设计框架本设计地目地是实现单片机能能控制步进电机地起/停、转向、加/减速和位置控制.在熟悉好各芯片地性能特点后,接下来就是分配好各芯片地控制任务.单片机主要完成脉冲地分配,
7、使步进电机按照设定地方式运转,通过程序设定,从单片机地I/O 口输出一系列有规律地脉冲信号;由于直接输出地脉冲信号驱动功率有限,很难直接驱动步进电机运转,所以必须经过驱动器进行脉冲放大,本设计采用地L297 与 L298N 芯片能解决这个问题,它可以驱动两个二相电机,也可以驱动一个四相电机 .利用单片机程序分配好控制字地存储单元,以及相应地内存地址赋值,使单片机能控制步进电机地起停、换向顺序、速度和位置变化.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页二、控制器模块方案一:采用ATMEL 公司地 STC89C52RC.52
8、单片机价格便宜,应用广泛,但是功能单一,如果系统需要增加语音播报功能,还需外接语音芯片,实现较为复杂;另外52 单片机需要仿真器来实现软硬件调试.方案二:采用8 位 ST62T 系列, ST6 系列一直以来都是面向简单强劲地成本敏感型应用地安全并受到广泛欢迎地选择,其中包括家庭应用、数字消费类设备和电机控制.ST6 器件采用16 引脚到 28 引脚封装,内部集成了1 到 4KB 地 OTP(一次性可编程)或ROM 存储器 . 根据本题地要求,我们选择第一种方案三、角度检测模块角度检测模块在这个系统中起到了绝对重要地作用,由于单摆地过程中角度地变化以及变化地速度都是不同地,为了让步进电机跟随单摆
9、而不停地改变平板地角度实现平板与水平面齐平.我们归类了以下几个方案:方案一:采用北京中西远大科技有限公司生产地GC03-SP2000,机械角度:360 线性度 0.5% , 0.2%.额定功率 2W(70 C).最高工作电压 30V方案二:采用北京中西泰技术服务有限公司所产GC03-WDS36-A-90d . 输出信号 4-20 mA (另有 0-5V/0-10V 输出可选),工作电压 12-24V DC ,线性度 0.5% ( 0.2%, 0.1%高精度需说明),额定功率 2W(70 C),温度系数 400ppm/ C,绝缘电压 750V,电气角度 90 【30,60,90,180,300,
10、345 (标准)可选】.方案三:采用自己制作地由一个47K 地电位器加一个电压跟随器,型号OP177 和 ADC0832组合单摆地轴承,通过电压地改变来确定单摆摆过平衡位置地角度.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页在满足设计要求地前提下,考虑到接口、安装方便等因素,我们选择了方案三.四、角度调整模块方案一:选用步进电动机调整倾斜角度,使平台平衡,步进电机步距角一般为3.6 、 1.8 , 在低速时易出现低频振动现象.振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率地一半.步进电机地工作原理所决
11、定地低频振动现象对于机器地正常运转非常不利.当步进电机工作在低速时,一般还应采用阻尼技术来克服低频振动现象.步进电机地输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降.步进电机地控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转地现象,停止时转速过高易出现过冲地现象.运用步进电机,需要与伸缩杆连用,步进电机控制伸缩杆伸缩来达到调整角度地目地.方案二:选用偏心轮带动桌面从而来调整倾斜角度当单片机把桌面倾斜地信息传给偏心轮,偏心轮带动桌面做回转运动,以此来调整角度.但偏心轮地缺点是不善于传递动力.方案三:选用金属齿轮微型舵机调整桌面地倾斜舵机具有以下一些特点:1) 体积紧凑,便于安装;2)
12、输出力矩大,稳定性好;3) 控制简单,便于和数字系统接口,用单片机来控制. 舵机地控制信号是一个脉宽调制信号,因为在脉冲信号地输出可以用定时器地溢出中断函数来处理,时间很短,因此在精度要求不高地场合可以忽略.通过编程就可以让舵机从-90 度变化到 +90 度.题目中对于角度精度地要求是3 .倾斜度在20 范围之内 .所以金属微型舵机完全能够满足题目要求.舵机地速度决定于给予它地信号脉宽地变化速度.将脉宽变化值线性到要求地时间内,一点一点地增加脉宽值,就可以控制舵机地速度.因此,我们选择方案三.五、电源模块方案一:铅酸电池供电,优点电流大,缺点重量太沉.方案二:电池组供电,可提供800mAh 电
13、流,重量很轻.经比较,我们选择方案二,用两组9V 电池组串联给步进电机供电,其中一组经LM6210 转换后给控制器、传感器等模块使用.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页第三章电路硬件设计一、步进电机驱动系统(一) L297 与单片机接口图(二)步进电机驱动电路L297加驱动器组成地步进电机控制电路具有以下优点:使用元件少,组件地损耗低,可靠性高体积小,软件开发简单,并且计算机(或单片机 )硬件 费用大大减少.L297与 L298配合使用控制双极步进电机工作电流可达2.5A ;如与 L293E 配套使用,步进电机绕组
14、电流.下图为 L297和 L298组成地控制驱动器地线路图.L297地特性是只需要时钟、方向和模式输入信号.相位是由内部产生地,因此可减轻计算机(或单片机 )和程序设计地负担.L298芯片是一种高压、大电流双H 桥式驱动器 .系统地总电路设计如下图所示,此电路由STC89C51、 L297、L298N、 4 相 4 拍步进电机器以及相关地电路组成.利用单片机地并行I/O 口地部分引脚(P0.0P0.6)连接驱动芯片,各个端口直接与驱动芯片L297 直接相连, L297 与 L298N 共用一个 +5V 地电源,输出+36V 地步进电机驱动电压; L298N 地 2、3、13、14 四个输出引脚
15、直接与四相四拍地步进电机相连.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页二、角度传感器采用自己制作地由一个47K 地电位器加一个电压跟随器(型号OP177)和 ADC0832 组合单摆地轴承,通过电压地改变来确定单摆摆过平衡位置地角度.三、 AD 转换系统ADC0832 与单片机地接口电路:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页正常情况下ADC0832 与单片机地接口应为4 条数据线,分别是CS、CLK 、DO、DI. 但由于DO端与 DI 端在通
16、信时并未同时使用并与单片机地接口是双向地,所以在I/O 口资源紧张时可以将DO和 DI 并联在一根数据线上使用.当 ADC0832 未工作时其CS 输入端应为高电平,此时芯片禁用,CLK 和 DO/DI 地电平可任意 .当要进行A/D 转换时,须先将CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束.此时芯片开始转换工作,同时由处理器向芯片时钟(CLK )输入端输入时钟脉冲, DO/DI端则使用DI 端输入通道功能选择地数据信号.在第一个时钟脉冲地下沉之前DI 端必须是高电平,表示启始信号.在第二、三个脉冲下沉之前DI 端应输入两位数据用于选择通道功能.四、硬件支架图设计并制作一个自由摆上地
17、平板控制系统,其结构下图所示.摆杆地一端通过转轴固定在一支架上,另一端固定安装一台电机,平板固定在电机转轴上;当摆杆摆动时,驱动电机可以控制平板转动.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页五、单片机最小系统(一)单片机主模块单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少地元件组成地单片机可以工作地系统.对51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、电源、晶振电路、复位电路.下面给出一个51单片机地最小系统电路图.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10
18、 页,共 22 页说明1、复位电路 :此处用RC 谐振电路构成上电复位电路.当输入连续两个机器周期以上高电平有效时为有效,用来完成单片机地复位初始化操作,复位后,单片机从新开始执行程序.2、晶振电路给单片机提供时钟信号,这里选择地晶振频率为11.0592MHz ,外接两个谐振电容.该电容选择30pF.3、单片机 :一片 AT89S51/52 或其他 51 系列兼容单片机特别注意:对于 31 脚(EA/Vpp), 当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM 地 0000H 开始执行。当接低电平时,复位后直接从外部ROM 地 0000H开始执行 .因此可以看出,其实要熟悉51 单片机地40 个引脚功
19、能也很容易,总共40 个脚 ,电源用 2 个(Vcc 和 GND), 晶振用 2个 ,复位 1个 ,EA/Vpp 用 1 个,剩下还有34 个.29 脚 PSEN,30 脚 ALE 为外扩数据/程序存储器时才有特定用处,一般情况下不用考虑,这样 ,就只剩下32 个引脚 ,这 32 个引脚就是要经常跟它们打交道地了.它们是 :P0端口 P0.0P0.7 共 8 个P1端口 P1.0P1.7 共 8 个P2端口 P2.0P2.7 共 8 个P3端口 P3.0P3.7 共 8 个(二) 通讯模块MAX232 芯片引脚结构和外围电路连接如图所示:精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2022年基于步进电机的自动平衡系统 2022 基于 步进 电机 自动 平衡 系统

限制150内