鼠标控制步进电机运动设计报告
12页1、鼠标控制步进电机运动设计报告题 目:鼠标控制步进电机运动作 者:ss(www.eisoc.co.cc)设计日期:二零一零年八月摘要:本作品实现用PC鼠标控制触杆在半球型空间内高精度运动,及记忆运行路径,回放路径功能。动力采用两个四相步进电机,由电机驱动芯片L298搭建驱动电路板。控制器没有单独做,采用学习板的P3口输出驱动信号。上位机界面用MicroSoft Visual Basic 6.0编写,通过串口通信协议与单片机实现数据和命令的传输。1、 方案论证 最初设想实现远程的电机控制器,能够将电机参数实时传送给控制端,控制端能够高精度地控制电机运动。方案一:采用红外控制原理,用遥控器控制两台电机运转。红外技术可以实现“无线化”,具有较高的数据传输速率。动力源采用直流减速电机,驱动电路采用大功率晶体管构成的桥式驱动电路,采用PWM调节电机转速。方案二:STC单片机具有异步全双工串行通信能力,串行口所需传输线少、通信距离长、通信速率高的特点,特别适用于控制系统以及远程通信。利用PC对数据的高速处理能力可以实现比用按键更高的命令传输率,适合高精度实时控制。采用步进电机以实现对运动体角度和位移
2、的精确控制。 综合考虑以上两种方案,红外遥控器只能通过按键控制,操作者不可能每秒按超过5下,故其控制信号是离散的,无法实现“实时”、“高精度”的要求。自编的上位机程序将控制界面设定的区域内鼠标器的运动信息通过算法转换成命令代码,传送给单片机,经单片机就译码输出相应的驱动相序即可控制两台步进电机的运动情况。考虑到步进电机经每相励磁后需要5ms至10ms的缓冲时间重新建立,单片机每10ms接收以一次上位机发送的方向信号,故1S内控制器最多可接收100个命令,大大高于红外按键式遥控器。单片机将控制器运转情况发送给上位机。步进电机更适合用单片机控制,并且消除了脉宽调制带来的高功耗和误差大。没有驱动信号时电机四个线圈不同电,线圈只在驱动信号到来的一瞬间通电,即使电机以全速运转,线圈的大部分时间是不同电的,这样就减小了电源负载。综上分析,采用方案二。2、 总体方案组成与设计:串口部件传感器电机运转平台步进电机控制板PC 上位机界面 该设计分为上位机模块、电机控制模块、运转平台模块。3、设计实现:3.1 上位机的设计3.1.1 通信协议与通信部件的实现MicroSoft Visual Basic 6
3、.0提供了丰富的控件,“MicroSoft Comm Control 6.0”是串口通信要用到的部件。 将串口部件的通信参数设置为:.Settings = 9600,n,8,1 .InBufferSize = 500 .OutBufferSize = 1 .InputMode = 0 .InputLen = 100 .SThreshold = 1 .InBufferCount = 0 清除接收缓冲区 .OutBufferCount = 0 清除发送缓冲区 .RThreshold = 1 完整程序附在附录1中。设计完成的“HelloMotor!”软件界面如下: 上位机界面分为鼠标移动信息采集区、信息显示、控制按钮区三部分。3.1.2 鼠标移动信息的采集与转换X轴 为防止电机误操作,软件界面规定了一矩形框定义为“HelloMotor!”软件的可控区域(如图黑色区域所示)。约定只有鼠标进入此区域并且单击(在可控区域的任意位置)才触发控制事件。这个矩形框有自身的坐标系,如图所示:原点(0,0)鼠标移动信息采集区4740 unitY轴9960 unit通过Picture1_MouseMove方法
4、采集到鼠标的坐标信息(X,Y),与上次采集到的坐标值(X1,Y1)进行比较,tempX = X - X1, tempY = Y - Y1。在此约定:tempX大于0,输出一号电机左移信号,tempX小于0,输出一号电机右移信号,tempX等于0,输出一号电机保持信号(即不动作);tempY大于0,输出二号电机上移移信号,tempY小于0,输出二号电机下移信号,tempY等于0,输出二号电机保持信号(即不动作)。3.3电机控制模块 单片机部分借用学习板,使用P3口作两台步进电机的驱动相序输出。 驱动电路用驱动芯片L298N和光耦P521搭建。原理图如下: L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ,内部包含4信道逻辑驱动电路,是一种二相 和四相步进电机的专用驱动器,可同时驱动2个二相或1个四相步进电机,内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器,接收标准 TTL逻辑准位信号,可驱动46V、2A以下的步进电机,且可以直接透过电源来调节输出电压;此芯片可直接由
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