自由擺平板控制系統的分析與設計
加入技術交流群
2．2 系統的工作流程
系統硬件設計平板轉動后，通過傳感器形成的加速度值經過A／D轉換，作為單片機的輸入數據，原理圖如圖3所示。單片機STC12C5A16 S2利用其I／O口，輸出信號來驅動DDS模塊，產生頻率精確、寬度可調的脈沖信號。該脈沖信號可使高細分兩相混合式步進電機驅動芯片THB6128驅動42BYGH4417完成步進運行，原理圖如圖4所示。從而實現對電機轉速、轉向、啟停等多種工作狀態的快速準確控制，最終使平板達到自由擺系統中的規定位置。我們利用按鍵來選擇不同的工作模式，利用LCD顯示角度傳感器的數值，各個功能完成時利用LED指示結束。本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/159311.htm
2．2 平板隨著擺桿的擺動而旋轉
單片機STC12C5A16S2采用內部定時器方式2工作，獲得不同周期的時鐘，T=(2s-N)／SYCLK。
自由擺周期擺動時，平板需在單個周期內完成360°旋轉。由自由擺擺動周期
可知，擺長L=1m，當地重力加速度g=9．76m／s，則擺動周期T=2．011s。
兩相四線混合式步進電機42BYGH4417利用芯片THB6128對其步距角進行細分。步距角為1．8°，細分數為A，則步進電機轉動角度a°時，PWM脈沖個數N=a*A／1．8。步進電機脈沖數為N時，脈沖頻率f與轉動時間T間的關系為N=f*T。
綜上所述，若細分數A=128，則DDS模塊需要產生頻率f=12．73kHz的脈沖信號，通過單片機內部定時器編程即可實現?？紤]到外界壓力、空氣阻力等狀況，可多次試驗調試，適當增加頻率f即可實現單擺一個周期擺動時，平板旋轉一周。
2．4 硬幣的穩定控制
我們在平板上疊放8個一元的硬幣，當單擺從角度θ開始擺動時，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行分解。其中，垂直于速度方向上的力使硬幣的速度方向發生改變，充當硬幣繞懸點做變速圓周運動的向心力。平行于速度方向上的力使硬幣的速度大小發生改變，充當擺球的回復力。在此種情況下即可保證硬幣隨擺桿擺動而不滑落。為了達到放手后平板快速同步，我們將開啟開關安裝在擺桿上，放手即開啟。
2．5 激光筆的定位
開啟系統，讓平板上的激光筆初始化到指定中心線位置。當擺桿被推到角度θ時，角度傳感器將偏離角度讀入到單片機，要完成快速定位，激光筆需旋轉角度γ，如圖6所示。
經計算可知，當擺桿處于近離中心線位置(左圖)時，
；當擺桿處于遠離中心線位置(右圖)時，
。
設定t秒完成定位，則利用平板隨擺桿的擺動而旋轉中所示方法，可得PWM脈沖個數，從而得到DDS模塊需要產生的脈沖頻率，通過單片機內部定時器方式2工作，完成DDS的輸出。
評論