位置随动系统课程设计

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1、 指导教师评定成绩：指导教师评定成绩： 审定成绩：审定成绩： 自自 动动 化化 学学 院院 自动控制原理课程设计报告自动控制原理课程设计报告 设计题目设计题目：位置随动系统设计位置随动系统设计 单位（二级学院） ：单位（二级学院） ： 自自 动动 化化 学学 院院 学学 生生 姓姓 名：名： 专专 业：业： 自动化自动化 班班 级：级： 学学 号：号： 指指 导导 教教 师：师： 设计时间：设计时间： 年年 月月 1 目录 设计题目 2 摘要 3 一、系统设计 4 二、 系统功能实现 4 三、模块设计 6 3.1 电源. 6 3.2 晶振电路. 6 3.3 复位电路 6 3.4 传感器模块 7

2、 3.5 步进电机驱动模块 7 四、 程序 8 五、 总结 10 六、 参考文献 11 2 设计题目设计题目 设计一随动系统，通过传感器检测障碍物的方向，然后判断和现 有方向的角度，通过控制步进电机调整转角，实现角度跟踪。 设计目的： 1) 掌握 A/D 转换与单片机的接口连线； 2) 掌握步进电机控制原理； 3) 掌握自动控制系统设计方法； 设计要求： 1） 画出控制系统结构框图； 2） 选择合适元器件进行电路设计，画出电路原理图； 3） 画出系统功能实现流程图。 4） 编写控制程序。 3 摘要摘要 随着科学技术的进一步发展， 自动控制已广泛地用于工业、 农业、 商业、军事等各领域，成为现代

3、技术的重要组成部分。位置随动系统 是应用领域非常广泛的一种系统。导弹制导，火炮瞄准，数控机床加 工轨迹的控制， 机器人等都是位置随动系统的应用实例。 这些系统一 般都要求响应快，抗干扰能力强，精度高等特点。本课程设计是采用 红外传感器检测物体， 通过单片机对电机系统进行控制， 实现对物体 在平面上的跟踪。通过该实践环节， 可以提高自己的分析问题和解决 实际问题的能力，对于巩固和应用所学知识，提高实践能力，把理论 和实践很好的结合起来有着重要的意义。 4 一、系统设计一、系统设计 位置随动系统的结构图如图一所示: 图一 位置随动系统结构图 电源、晶振电路、复位电路构成 51 单片机工作的基本外围

4、电路, 红外传感器用来检测物体， 单片机输出脉冲通过 ULN2003 芯片驱动步 进电机工作。 二、二、系统功能实现系统功能实现 本系统使用三个传感器进行跟踪物体，左右两边的传感器用来 判断物体移动方向，中间的传感器用来判断是否跟踪到物体。单片机 使用 5V 电源，可以直接用电脑 USB 输出的电压作为电源，而传感 器的工作电压时 10-36V，可以用 12V 的电源，但传感器输出信号的 电流型， 故在传感器输出线和地线之间接合适的电阻，确保接入单片 机时的电平为 0V 或 5V。单片机和传感器上电，系统开始工作。单 片机先判断中间的传感器是否检测到物体， 如果检测到， 则步进电机 停止不转；

5、如果没检测到物体，则电机左转 360 0 或检测到物体，步 进电机才停止转动。然后检查左边和右边的传感器有没有检测到物 体，如果左边的传感器检测到，电机左转；如果右边传感器检测到， 则电机右转；如果三个传感器都没检测到物体，电机左转，直到检测 89C51 晶振电路 复位电路 电源 红 外 传 感 步进电机 5 到物体为止。 系统功能流程图如图二： 否 是 是 否 是 否 否 否 单片机复位 步进电机右转 中间传感器 检测到物体？ 左传感器检 测到物体？ 中间传感器 检测到物体？ 步进电机左转 右传感器检 测到物体？ 步进电机右转 中间传感器 检测到物体？ 中间传感器 检测到物体？ 三个传感器都 检测不到物体 步进电机右转 6 图二 系统功能流程图 三、模块设计三、模块设计 3.1 3.1 电源电源 89c51 单片机工作电压为 5V，故可用电脑 USB 电压作为电源；而 传感器工作电压为 10-36V，可用 12V 直流电源做为传感器的电源。 3.2 3.2 晶振电路晶振电路 晶振电路图如图二所示： 图三 晶振电路图 3.33.3 复位电路复位电路 复位电路如图三： 7 图四 复位电路图 3.43.4 传感器模块传感器模块 使用红外传感器 JM-E3F-DS30C4。 传感器与单片机借口如图五： 图五 传感器及单片机接口图 3.53.5 步进电机驱动模块步进电机驱动模块