【摘 要】文章介紹了一種智能懸掛運動控制系統(tǒng)的設計方案，該系統(tǒng)采用兩片凌陽16位單片機（SPCE061A）作為懸掛控制系統(tǒng)的控制核心，以步進電機作為執(zhí)行部件，實現(xiàn)對懸掛物體運動的控制。系統(tǒng)通過鍵盤掃描來完成運動參數(shù)和模式的設定，通過LCD實時顯示畫筆所在的坐標值，以無線傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)兩單片機之間的數(shù)據(jù)通訊。另外，系統(tǒng)還通過語音播報來顯示是否完成給定任務，提供了良好的人機界面。

【關鍵詞】SPCE061A 步進電機

設計一電機懸掛控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜（仰角≤100度）的板上運動。

在一白色底板上固定兩個滑輪，兩只電機（固定在板上）通過穿過滑輪的吊繩控制一物體在板上運動，運動范圍為45cm×45cm。物體的形狀不限，質量大于100克。板上標有間距為5cm的淺色坐標線，左下角為直角坐標原點， 具體要求示意圖如圖1。物體能做四種運動：點對點，直線，曲線（圓周），尋跡。

一、懸掛運動控制系統(tǒng)方案

（一）控制器模塊。采用凌陽科技股份有限公司的SPCE061A單片機作為系統(tǒng)控制器，該單片機算術運算功能強，軟件編程靈活，可用軟件較簡單的實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其成本低、體積小和功耗低等優(yōu)點，使其在各個領域應用廣泛；另外，由于本設計中會用到較多的算術運算，因此非常適合利用單片機作為控制器。

（二）電機類型選擇。雖然直流電機具有良好的調速特性，帶負載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，而且速度快，但是直流電機的制動性差，很難實現(xiàn)小距離的精確控制，步進電機的準確定位和步進功能可方便而且可以實現(xiàn)提升、調速、定位，且具有一點的快速起停的能力；能準確的檢測出速度、運行距離以及時間等參數(shù)，可簡化編程和硬件連接的工作量。在本設計中，主控制器通過控制電機的步進數(shù)來實現(xiàn)物體運動，從而做出各種運動軌跡。

（三）電機驅動電路選擇。傳統(tǒng)的電機驅動都采用專用驅動器。若采用步進電機專用驅動器，可以為步進電機提供穩(wěn)定的工作電壓和工作電流。但是價格比較昂貴，且對本題來說，電機不需要帶大負載，對驅動器沒有過高的要求。所以考慮設計者考慮采用H橋形驅動電路。不僅可以完成對步進電機的驅動，且電路簡單，可以由設計者自行制作。電路主要由三極管8050、8550、9012、9014以及一些限流電阻組成，其中單片機I/O口分別通過光電耦合器與驅動電路相連接，增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。單片機通過I/O口發(fā)出的驅動控制信號，控制步進電機的速度以及正反轉，從而實現(xiàn)相應動作。

（四）定位方式選擇。物體運行過程中，需要對物體的位置進行定位，物體運行過程中，由單片機記錄其絕對位置，并根據(jù)當前位置和下一位置計算出懸掛物體的兩條線的收縮或伸長量，然后再由此計算出電機的步進量。這樣可以達到很高的控制精度。

（五）按鍵輸入模塊選擇。直接采用4*4矩陣鍵盤。利用該方案實現(xiàn)按鍵輸入，成本低，可與單片機直接相連，電路設計與連接簡單，軟件實現(xiàn)對鍵盤的掃描，完全可達到設計的要求。

（六）曲線跟蹤模塊。本設計采用紅外傳感器（RPR220）來實現(xiàn)曲線跟蹤，通過安裝在所懸掛物體上的紅外對管，檢測在運動平面上用黑色筆所畫的黑色曲線（或黑色膠布），由于黑色吸收發(fā)射管所發(fā)出的紅外線，使接收管接收不到信號，系統(tǒng)通過接收管是否接收到發(fā)射管發(fā)出的測試信號，通過判斷，用于控制步進電機的運動，實現(xiàn)起來簡單易行。另外，也可以通過開關型霍爾傳感器來跟蹤曲線，但這種傳感器只能跟蹤磁性物質組成的曲線，其成本較高、安裝麻煩，并且抗干擾性能也不好，而且容易受環(huán)境中磁性物質的干擾。

（七）顯示模塊選擇。液晶顯示屏（LCD）具有功耗低、無輻射危險、平面直角顯示以及影響穩(wěn)定等，可視面積大，可以顯示漢字也可顯示圖形，分辨率高，抗干擾能力強，顯示內容多等特點。此外，液晶顯示器與單片機直接相連，電路設計及連接簡單。據(jù)設計要求，為了顯示圖形及漢字，所以采用SPLC501液晶顯示屏進行顯。

（八）傳輸方式選擇。若采用有線傳輸，將主控部分和執(zhí)行部分直接用導線連接，線路連接復雜，不便于遠距離控制。所以考慮采用無線傳輸。不僅可以實現(xiàn)設計要求的功能，而且能夠實現(xiàn)遠距離控制，并提高抗干擾能力。兩個單片機同時使用使端口留有更多的可用空間，以便功能擴展。

（九） 系統(tǒng)總體方案及框圖。系統(tǒng)包括主控部分、執(zhí)行部分和檢測部分，主控部分包括按鍵輸入模塊、顯示模塊、無線收發(fā)模塊，執(zhí)行部分為電機驅動模塊和傳動機構，監(jiān)測部分為二、系統(tǒng)的主程序的設計

主程序主要起到一個導向和決策功能，決定整個系統(tǒng)應如何正常運行。懸掛控制系統(tǒng)各種運動狀態(tài)的實現(xiàn)主要是通過調用子程序完成的。主程序流程圖如圖3所示。

參考文獻：

[1] 譚浩強.C程序設計[M].2版.北京：清華大學出版社，1997

[2]. 王曉明.電動機的單片機控制[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

作者簡介：

胡曉梅（1985-），女，助教，本科，研究方向：自動化。聯(lián)系方式：煙臺南山學院，山東龍口。