单片机控制的双电机二维定位系统研究

论文摘要

在生活中经常可见这种场景,一个目标物体在不断的移动,而在它周围的某个地方,有个摄像头正对准着它,目标物体动,则摄像头也动,目标物体停,则摄像头也停。这就是二维跟踪,在本文里就是所谓的二维定位了。本文中所谓的二维定位系统,是这样的一个系统,分别在水平和竖直两个方向上个设置一个电机,电机运转带动执行器件动作,执行器件又带动摄像头动作,也就是说摄像头的移动完全依靠电机的运转来完成的。这样通过控制两台电机的正确运转,就可使摄像头改变位置,达到跟踪定位的目的。设计中选用直流永磁电机作为执行器件,电机X控制了摄像头的水平方位,电机Y控制摄像头的垂直方位,以此组成二维定位系统。整个系统分为给定、控制、执行三个环节。给定环节是由图像处理得到的目标位置的数据。控制环节是以AVR单片机ATmega8为主控核心器件,配以外围辅助电路、电机驱动主电路、位置检测反馈电路组成的控制系统,同时辅以软件程序的配合控制,达到最优控制。执行环节是由电机带动执行器件,以此带动摄像头动作来完成的。由图像处理来数据送给控制环节的单片机,单片机接收此数据,并转化成相应的控制信号,然后送到由开关管组成的主电路,由主电路去控制是哪台电机动作以及是正转还是反转,从而控制了执行环节。当电机转动起来以后,为了达到准确定位,设计了由自制的光电码盘和整形电路组成的反馈环节,反馈环节将电机的实际转过的位移也就是摄像头移动的距离,实时的反馈给单片机,单片机通过比较反馈值与给定值,决定输出控制信号的停止时刻。这样电机带动摄像头在给定的目标位置停下来,达到了准确定位。其间,需要单片机处理的数据都是通过软件编成实现的,这就是软硬件结合控制的思想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 单片机的发展与应用
• 1.1.1 单片机的发展
• 1.1.2 单片机的应用
• 1.2 电机控制技术的发展
• 1.2.1 功率半导体器件与驱动电路的发展
• 1.2.2 电机控制器的发展
• 1.2.3 本文中的电机控制器选择
• 1.3 单片机控制的双电机二维定位系统的背景与意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.4.1 本文研究的系统用途总述
• 1.4.2 本文的研究内容综述
• 第2章 系统及其驱动主电路设计
• 2.1 概述
• 2.1.1 系统内容概述
• 2.1.2 本文思路概述
• 2.2 直流电机选型
• 2.2.1 直流电机概述
• 2.2.2 电机选型
• 2.3 电机驱动主电路方案设计
• 2.3.1 主电路设计
• 2.3.2 主电路原理分析
• 2.3.3 元件选用
• 2.4 直流电动机调速
• 2.4.1 电机调速原理
• 2.4.2 调速原理在本文的应用
• 2.4.3 电机电枢电压的获得
• 2.5 斩波电路
• 2.5.1 滤波电路的分析计算
• 2.5.2 斩波电路的开关管驱动
• 2.5.3 输出电压波形
• 2.6 本章小结
• 第3章 电机控制电路设计
• 3.1 概述
• 3.2 单片机简介
• 3.2.1 单片机简介
• 3.2.2 AVR系列ATmega8型单片机简介
• 3.3 单片机系统的硬件设计
• 3.3.1 单片机系统的时钟振荡电路图
• 3.3.2 单片机复位电路
• 3.4 电机位置检测电路设计方案
• 3.5 自制光电码盘
• 3.5.1 光电码盘的制作
• 3.5.2 光电码盘系统的原理
• 3.6 输出波形及分析
• 3.6.1 光电码盘的输出波形及分析
• 3.6.2 整形电路设计
• 3.6.3 整形后的波形及分析
• 3.6.4 光电码盘与单片机的接口
• 3.7 本章小结
• 第4章 软件设计部分
• 4.1 系统软件设计概述
• 4.2 脉冲宽度调制 PWM波的获得
• 4.2.1 脉冲宽度调节 PWM的原理
• 4.2.2 用 ATmega8产生 PWM波
• 4.3 电机控制
• 4.3.1 电机速度控制
• 4.3.2 电机位置控制
• 4.4 发送同步信号
• 4.5 主程序流程图
• 4.6 软件的可靠性设计
• 4.6.1 采用模块化程序设计方法
• 4.6.2 程序“跑飞”与“死锁”的解脱
• 4.6.3 合理安排中断
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 部分程序
• 附录B 电路原理图
• 附录C 硬件电路实物图
• 致谢
• 研究生履历