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基于STM32的ARM嵌入式风力摆控制系统设计(含视频).rar

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    编号:20180914220232160    类型:共享资源    大小:152.90MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    基于 STM32 ARM 嵌入式 风力 控制系统 设计 视频
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    1华东交通大学理工学院Institute of Technology East China Jiaotong University毕 业 设 计Graduation Design(2012—2016 年)题 目: 基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统设计 分 院: 电气与信息工程分院 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 电力 2 班 学 号: 20120210470623 姓 名: 黄山 指导教师: 徐涢基 起讫时间: 2015.11~2016.5 1华东交通大学理工学院毕业设计(论文)原创性申明本人郑重申明:所呈交的毕业设计(论文)是本人在导师指导下独立进行的研究工作所取得的研究成果。设计(论文)中引用他人的文献、数据、图件、资料,均已在设计(论文)中特别加以标注引用,除此之外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。毕业设计(论文)作者签名: 日期: 年 月 日毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计(论文)的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计(论文)的复印件和电子版,允许设计(论文)被查阅和借阅。本人授权华东交通大学理工学院可以将本设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编毕业设计(论文) 。(保密的毕业设计(论文)在解密后适用本授权书)毕业设计(论文)作者签名: 指导教师签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日***: 基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统设计2摘 要随着科技的发展,工业生产越来越重视自动化,实践证明自动化不仅能提高生产效益减少人力成本还能提高产品质量,特别是近年来“工业 4.0”概念的提出,让世界各国认识到未来工业生产的发展方向是高度自动化。本文的目的就是设计一个自动控制系统即基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统,并希望此设计的控制方案能对实际生产活动提供一定的参考价值。风力摆控制系统是搭建一个风摆控制平台,利用处理器读取传感器采集的方位信息,通过控制算法实时控制风力摆的动作,因为整个过程没有人为干预而是让系统自行控制,所以能到达自动控制的要求。在硬件方面,本文采用 STM32 作为微控制器,利用角速度传感器 MPU6050 来采集风摆的角度,角速度和加速度。只要风摆产生位置的变化就能通过 MPU6050 将采集到的信息传递给处理器,并利用 LCD1602 来显示这些信息。考虑到电机转速,响应速度,和自身重量本设计采用小型的空心杯电机,它具有体积小,重量轻,响应速度快,转速快等优点,很适合设计要求。软件方面,本设计采用 C 语言来写源代码,用 keil 软件来编译生成 hex 文件,电路图的设计是用 protel 99se,由于在测试中需要对采集的信息进行分析以提高效率,所以用到了一些串口工具如串口助手,VisualScope。本设计是以达到控制要求为目标来进行软硬件的设计,具有低成本,针对性强,系统稳定性强等特点对实际自动化生产控制具有很好的参考作用。关键词:自动化;风力摆;自动控制;STM32;MPU6050; 3AbstractWith the development of science and technology, industrial production more and more attention to automation. Practice has proved that automation can not only improving the production efficiency and reduce labor costs but also improve the quality of the products, especially in recent years, industrial 4.0 concept put forward, let the world know to industrial production in the future the development direction is highly automated. The purpose of this paper is to design an automatic control system based on STM32 ARM embedded wind pendulum control system, and hope that this control scheme is designed to provide a certain reference value for the actual production activities.Wind pendulum control system is to build a wind pendulum control platform, the processor reads the sensor range information, through action of the control algorithm to control wind pendulum, because the whole process without human intervention but is lets the system itself, so it can reach the requirements of automatic control.In terms of hardware, this paper uses STM32 as the microcontroller, using the angular velocity sensor MPU6050 to collect wind pendulum angle, angular velocity and acceleration. As long as the change of position of the wind can be generated through MPU6050 the collected information to the processor, and use LCD1602 to display this information. Taking into account the motor speed, response speed, and its own weight of the design of a small hollow cup motor, it has a small size, light weight, fast response, fast speed and other advantages, it is suitable for design requirements.Software, the design using C language to write the source code, compiled by keil software to generate the hex file, the circuit design is with Protel 99SE, the needs of information collection analysis to improve the efficiency in the test, so use the some serial tools such as serial assistant, VisualScope.This design is to achieve the control requirements for the goal of hardware and software design, with low cost, targeted, strong system stability and other characteristics of the actual production automation control has a good reference.Key words:Automation; wind power pendulum; automatic control; STM32; MPU6050;***: 基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统设计4目 录摘 要 ....................................................................2Abstract ....................................................................3目 录 ....................................................................4引 言 ....................................................................61 绪论 .....................................................................71.1 选题依据及意义 .......................................................71.1.1 选题依据 .........................................................71.1.2 选题意义 .........................................................71.2 国内外研究现状及发展趋势 .............................................71.2.1 国内外研究现状 ...................................................81.2.2 发展趋势 .........................................................81.3 本课题研究内容 .......................................................82 工具简介 ................................................................102.1 C 语言 ...............................................................102.3 Keil uVision5 编译器 .................................................102.4 protel 99 SE ........................................................103 硬件设计 ................................................................113.1 芯片简介 ............................................................113.1.1 STM32F103ZET6 ...................................................113.1.2 MPU6050 .........................................................123.1.3 LCD1602 .........................................................123.1.4 空心杯电机 ......................................................133.2 模块设计 ............................................................133.2.1 显示模块 ........................................................133.2.2 报警模块 ........................................................143.2.3 键盘模块 ........................................................153.2.4 电机驱动模块 ....................................................153.2.5 信号采集模块 ....................................................153.2.6 STM32 最小系统 ....................................................163.3 整体原理图 ..........................................................174 软件设计 ................................................................184.1 主程序设计 ..........................................................184.1.1 主程序流程图 ....................................................184.1.2 主程序代码 ......................................................184.2 PID 控制算法 .........................................................194.2.1 PID 控制流程图 ...................................................194.2.2 PID 控制程序 .....................................................204.3 信号采集模块程序设计 ................................................214.4 按键模块程序设计 ....................................................2355 调试与仿真 ..............................................................245.1 程序的编译与调试 ....................................................245.2 实物测试 ............................................................30结 论 ...................................................................33参考文献 ...................................................................34附 录 ...................................................................35后 记 ...................................................................47***: 基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统设计6引 言自动化控制是指机械设备装置不需要人为干涉,能够按照人们所希望的方式自动运行,或着根据一定的规律变化,以保持被控物理量的恒定。早在古代劳动人民就在生产实践中积累了丰富的经验和反馈的直观认识,发明了许多闪耀控制理论的智慧杰作,例如,二千多年前中国的指南车就是一种具有开环自动调节的系统。它利用差速齿轮的原理,齿轮传动系统,根据车轮的转动,让车上木人手指的方向,不论车子如何转向,总是朝向南方随着科学技术的发展和生产技术的需要。到十七,十八世纪,自动控制技术逐渐运用到现代工业中,1681 年法国物理学家、发明家巴本发明了用作安全调节装置的锅炉压力调节器。1765 年俄国人普尔佐诺夫发明了蒸汽锅炉水位调节器等。1788 年,英国人瓦特将离心调速器用在了他发明的蒸汽机上,使蒸汽机的速度控制问题得到了解决,人们开始对控制技术产生了重视。由于蒸汽机的出现极大的提高了生产速度,工业革命由此开始,自动技术也开始获得了突飞猛进的发展,越来越多的人从繁重的劳动中解脱出来。从 20 世纪 40 年代到 50 年代末,经典控制理论的发展与应用使整个科学水平出现了巨大的飞跃,几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动控制技术。现代控制理论的核心之一是最优控制理论。这种理论在 60 年代初开始获得了实际运用。这就改变了将经典控制理论以稳定性和动态性能的设计方法为中心,而是将系统性能的工作过程作为一个整体来考虑,找到最佳的控制规律,这可以大大提高系统的性能。最优控制理论用于发动机燃料和转速控制、轨道修正最小实践控制、最优航迹控制和自动着陆控制等方面取得了明显的成就.71 绪论1.1 选题依据及意义1.1.1 选题依据随着科学技术的发展特别是计算机技术的发展和应用,自动控制技术在生产活动中具有越来越重要的作用,特别是导弹制导、宇航、机器人控制、及核动力等高新技术领域。不仅如此,自动控制技术的应用范围现在已扩展到生物、医学、环境,经济管理和其它许多生活领域中,成为现代社会生活中不可缺少的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高,在人类探知未来,认识和改造自然,建设高度文明和发达社会的活动中,自动控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。自动技术是一个综合了很多学科的技术,它涵盖了计算机、数学、物理、电子、机械、材料,等各个方向的知识.只有充分掌握各个方面的知识才能很好的将控制理论运用到实际自动控制装置中.在现代社会中自动技术关系到国家工业生产的未来,也是本世纪工业发展的关键技术,其地位十分重要.1.1.2 选题意义本项目是基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统设计,它是一个采集运动反馈信息加以分析再控制电机的闭环控制系统,能很好的实现自动控制这一要求,而且对运动的物体加以精确控制这在实际社会生产中具有重要的实用价值。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国内外研究现状自开革开放以来,中国坚持以发展经济为中心,不断完善国内的基础设施,经过这么多年的努力,中国在自动控制技术获得了很大的进步,比如中国的航天技术就很好的体现了***: 基于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统设计8中国在自动控制技术中取得的进步.以后国家的发展方向将以科学技术为中心不断提高国内的软硬件实力,减少对国外技术的依赖.自动控制系统在国外已被广泛应用,在产品设计方面,常采用计算机仿真技术,计算机辅助设计(CAD) ,计算机辅助工程(CAE) ;在加工技术方面,已实现了底层(车间层)的自动化,包括广泛的采用加工中心(或数控技术) ,自动引导小车(AGV)等。最近 10年,发达国家主要将精力放在具有有全新制造理念的制造系统,如智能制造系统、计算机集成制造系统、敏捷制造、并行工程等。虽然智能照明产品被政府大力推广,但其技术复杂,真正掌握核心技术的企业却非常少,如实力雄厚的美国路创电子公司,澳大利亚的 ABB、邦奇和索恩等大型公司,而国内掌握这项技术的企业就更少了。目前,在国内的照明控制系统主要有:Dynalite 智能照明控制系统,C-Bus 只能周明控制系统和 ABB i-bus EIB 智能安装系统。1.2.2 发展趋势未来的自动化将以信息技术为依托,无线通讯技术将进一步渗透到控制领域,DCS,PLC,IPC 作为自动控制的三大支柱相互之间会实现互补与渗透,自动控制系统会更注重功能和信息安全,人机界面会更趋人性化,控制系统会由集中向分散化发展。无线通讯技术将进一步渗透控制领域。1.3 本课题研究内容1.3.1 技术要求及原始数据本项目实验要求如下:一长约 60cm~70cm 的细管上端用万向节固定在支架上,下方悬挂一组(2~4 只)直流风机,构成一风力摆,风力摆上安装一向下的激光笔,静止时,激光笔的下端距地面不超过 20cm。设计一测控系统,控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动,激光笔在地面画出要求的轨迹。
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