摘要：以低功耗MSP430F449單片機系統(tǒng)平臺為控制核心，由步進電機控制模塊、紅外傳感和人機交互3個功能部分組成。由MSP430F449實現(xiàn)相應算法產(chǎn)生不同狀態(tài)的PWM波，以控制電機的運動，從而實現(xiàn)對畫筆的控制。系統(tǒng)可通過鍵盤任意設置坐標點參數(shù);控制質(zhì)量大于100g的物體在仰角不大于100°的80 cmx100 cm白板上做自行設定的運動，并在白板上畫出運動軌跡;控制物體沿白板上按標出的任意黑色間斷曲線運動。畫筆坐標點及各運動狀態(tài)實時顯示在LCD上，人機界面友好。
在現(xiàn)代的車輛運動、醫(yī)療設備和工業(yè)控制等系統(tǒng)中，懸掛運動系統(tǒng)的應用越來越多，在這些系統(tǒng)中懸掛運動部件通常是具體的執(zhí)行機構，因而懸掛部件的運動精確性是整個系統(tǒng)工作效能的決定因素，因而實際實現(xiàn)懸掛運動控制系統(tǒng)的精確控制具有極其重大的現(xiàn)實意義。本系統(tǒng)采用低功耗MSP430F449單片機系統(tǒng)平臺設計了懸掛運動控制系統(tǒng)，采用高效的PWM電路，提高電源利用率;紅外傳感檢測，提高糾錯能力。由單片機產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動有精確步距的步進電動機，電機帶動懸掛部件在平面上做特定的準確運動。
1 懸掛運動控制系統(tǒng)設計方案
1.1 電機選取
方案①：直流電機。直流電機的優(yōu)點是輸出功率大，帶負載能力強;缺點是不能精確地控制直流電機的轉(zhuǎn)動角度。
方案②：步進電機。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。給電機加一個脈沖信號，電機就轉(zhuǎn)過一個步距角，具有較強的快速啟停能力。步進角方面，選用的三相六拍式步進電機，步進轉(zhuǎn)角最小可以達到1.5°，可以滿足系統(tǒng)控制精度要求。并且可以通過對其轉(zhuǎn)動步數(shù)的控制實現(xiàn)對位移的精確控制。
方案③：使用伺服電機，伺服電機是一種內(nèi)帶編碼盤，可以通過驅(qū)動器精確控制轉(zhuǎn)動角度(0.001°級別)，而且過載能力強，常用于精密控制，但其驅(qū)動電壓一般較高，體積較大，在本題目的實現(xiàn)上并不適用。
綜上所述，選擇方案②。采用步進電機。
1. 2 電機驅(qū)動器選擇
方案①：使用分立元件搭建。利用大功率三極管放大功率給步進電機提供驅(qū)動電壓和電流。但本實驗對功率要求較大，精度有限。
方案②：集成步進電機驅(qū)動器。集成驅(qū)動塊能力強，工作穩(wěn)定，其內(nèi)部加入了光耦隔離器將控制電路與驅(qū)動電路完全隔離，防止了電動機在啟動和制動時對控制電路造成影響。并且其只需要兩三根線便實現(xiàn)電機的精確控制，控制相當簡單。
綜上所述，由于本系統(tǒng)需盡量采用高性能的驅(qū)動電路以保證步進電機良好的運轉(zhuǎn)性能，故選擇方案②。
1.3 循跡傳感器選擇
方案①：發(fā)光二極管和光敏二極管組成發(fā)射-接收電路。發(fā)光二極管為可見光，故光敏二極管的工作受外界光照影響很大，很容易造成誤判和漏判。
方案②：反射式紅外發(fā)射-接收器。采用紅外對管替代普通可見光管，能極大地降低環(huán)境光源的影響。并且，紅外線波長大，近距離衰減小，故探測近距離黑線更加可靠。
綜上，選擇方案②，采用發(fā)射時紅外傳感器ST188。
1. 4 畫線算法
方案①：DDA算法。根據(jù)直線起始坐標得出斜率。取合適的步進量，根據(jù)斜率得出直線上每點的坐標，直接計算出兩側(cè)電機步數(shù)，控制畫筆畫線。該算法簡單易行。
方案②：Bresenham微元算法。該算法只做整數(shù)加/減運算和乘2運算，運算速度很快，適于用硬件實現(xiàn)。
本系統(tǒng)采用軟件實現(xiàn)算法，故選擇方案①。
1.5 畫圓算法
方案①：圖形掃描Bresenham算法。該算法采用直角坐標系，但畫圓時采用該坐標系算法不夠清晰。
方案②：用自行設計的極坐標法。極坐標法公式簡單，算法清晰。運算速度較快，完全能達到要求。
故選擇方案②。
