自由擺平板控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)
2.2 系統(tǒng)的工作流程
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)平板轉(zhuǎn)動(dòng)后,通過(guò)傳感器形成的加速度值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換,作為單片機(jī)的輸入數(shù)據(jù),原理圖如圖3所示。單片機(jī)STC12C5A16 S2利用其I/O口,輸出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)DDS模塊,產(chǎn)生頻率精確、寬度可調(diào)的脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)可使高細(xì)分兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128驅(qū)動(dòng)42BYGH4417完成步進(jìn)運(yùn)行,原理圖如圖4所示。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、啟停等多種工作狀態(tài)的快速準(zhǔn)確控制,最終使平板達(dá)到自由擺系統(tǒng)中的規(guī)定位置。我們利用按鍵來(lái)選擇不同的工作模式,利用LCD顯示角度傳感器的數(shù)值,各個(gè)功能完成時(shí)利用LED指示結(jié)束。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/159311.htm
2.2 平板隨著擺桿的擺動(dòng)而旋轉(zhuǎn)
單片機(jī)STC12C5A16S2采用內(nèi)部定時(shí)器方式2工作,獲得不同周期的時(shí)鐘,T=(2s-N)/SYCLK。
自由擺周期擺動(dòng)時(shí),平板需在單個(gè)周期內(nèi)完成360°旋轉(zhuǎn)。由自由擺擺動(dòng)周期可知,擺長(zhǎng)L=1m,當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.76m/s,則擺動(dòng)周期T=2.011s。
兩相四線混合式步進(jìn)電機(jī)42BYGH4417利用芯片THB6128對(duì)其步距角進(jìn)行細(xì)分。步距角為1.8°,細(xì)分?jǐn)?shù)為A,則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度a°時(shí),PWM脈沖個(gè)數(shù)N=a*A/1.8。步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為N時(shí),脈沖頻率f與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間T間的關(guān)系為N=f*T。
綜上所述,若細(xì)分?jǐn)?shù)A=128,則DDS模塊需要產(chǎn)生頻率f=12.73kHz的脈沖信號(hào),通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器編程即可實(shí)現(xiàn)??紤]到外界壓力、空氣阻力等狀況,可多次試驗(yàn)調(diào)試,適當(dāng)增加頻率f即可實(shí)現(xiàn)單擺一個(gè)周期擺動(dòng)時(shí),平板旋轉(zhuǎn)一周。
2.4 硬幣的穩(wěn)定控制
我們?cè)谄桨迳席B放8個(gè)一元的硬幣,當(dāng)單擺從角度θ開始擺動(dòng)時(shí),控制平板由水平快速同步到圖5所示位置,則硬幣整體受到一個(gè)豎直向下的重力和始終沿桿方向變化的支持力,將這些力沿垂直和平行于速度方向進(jìn)行分解。其中,垂直于速度方向上的力使硬幣的速度方向發(fā)生改變,充當(dāng)硬幣繞懸點(diǎn)做變速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。平行于速度方向上的力使硬幣的速度大小發(fā)生改變,充當(dāng)擺球的回復(fù)力。在此種情況下即可保證硬幣隨擺桿擺動(dòng)而不滑落。為了達(dá)到放手后平板快速同步,我們將開啟開關(guān)安裝在擺桿上,放手即開啟。
2.5 激光筆的定位
開啟系統(tǒng),讓平板上的激光筆初始化到指定中心線位置。當(dāng)擺桿被推到角度θ時(shí),角度傳感器將偏離角度讀入到單片機(jī),要完成快速定位,激光筆需旋轉(zhuǎn)角度γ,如圖6所示。
經(jīng)計(jì)算可知,當(dāng)擺桿處于近離中心線位置(左圖)時(shí),;當(dāng)擺桿處于遠(yuǎn)離中心線位置(右圖)時(shí),。
設(shè)定t秒完成定位,則利用平板隨擺桿的擺動(dòng)而旋轉(zhuǎn)中所示方法,可得PWM脈沖個(gè)數(shù),從而得到DDS模塊需要產(chǎn)生的脈沖頻率,通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器方式2工作,完成DDS的輸出。
評(píng)論