電磁控制運動裝置設計與實現

摘 要：電磁控制裝置是采用STC12C5A60S2單片機為核心控制芯片，以電磁驅動模塊來控制電磁線圈吸合，從而靠磁力控制運動擺錘形成單擺。利用角度傳感器來精確采集旋轉角度信息，表實現擺的擺角連續預置擺動。擺動20秒后發出聲、光提示，并在5秒內平穩停在靜止點。由12864液晶屏顯示各項信息，配以按鍵實現系統功能。

關鍵詞：STC12C5A60S；角度傳感器；12864液晶顯；電磁擺

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

2013年全國大學生電子設計競賽高職組J題，要求設計一個電磁控制運動裝置通過控制電磁鐵，使懸掛電磁鐵的擺桿按照一定擺角運動，并對擺角、相應時間提出了要求。

一、控制要求

（一）基本要求

（1）按下啟動按鈕，由靜止點開始，控制擺桿擺動；

（2）由靜止點開始，控制擺桿在指定的擺角（10°～45°范圍內）連續擺動，擺動擺角絕對誤差≤5°，響應時間≤15s；

（3）由靜止點開始，按指定周期（0.5s～2s范圍內）控制擺桿連續擺動，擺動周期絕對誤差值≤0.2s，響應時間≤15s；

（4）在擺桿連續擺動的情況下，按下停止按鈕，控制擺桿平穩地停在靜止點上，停止時間≤10s。

（二）發揮部分

（1）擺桿擺角幅度能在10°～45°范圍內預置，預置步進值為5°，擺角幅度絕對誤差值≤3°，響應時間≤10s；

（2）擺桿的周期能在0.5s～2s范圍內預置，預置步進值0.5s，周期絕對誤差值≤0.1s，響應時間≤10s；

（3）擺桿擺角幅度和周期在上述范圍內可同時預置，由靜止點開始擺動，擺角幅度值和周期相對誤差要求均和發揮部分中的（1）、（2）相同。當擺桿穩定運行20秒后發出聲、光提示，并在5s內平穩停在靜止點上。

二、電路總體設計

根據試題要求，主要有五部分組成，單片機最小系統、顯示模塊、聲光報警模塊、線圈驅動模塊。以單片機STC12C5A60S2作為主控器芯片，通過電磁控制模塊來控制電磁線圈得失電，控制擺錘擺動角度，并通過角度傳感器來精確采集旋轉角度信息，經過分析和處理數據，由12864液晶屏顯示旋轉角度，同時讓指針刻盤顯示擺動角度。設置角度范圍后，通過角度傳感器返回的數據來控制擺動角度范圍，從而可實現電磁控制運動裝置。

三、單元電路設計與參數計算

（一）單片機最小系統與顯示模塊

單片機最小系統與顯示部分的設計把STC12C5A60S2作為主控器，單片機通過數據處理把數據傳給液晶顯示屏。12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。

（二）光控報警模塊

報警模塊部分采用大功率發光二極管實現，因通過電流較大，由單片機I/O口經光耦進行驅動。

（三）語音模塊

通過語音模塊來進行簡單的信息報告，從而更加人性化。SYN 6288中文語音合成芯片是北京宇音天下科技有限公司于2010年初推出的一款性/價比更高，效果更自然的一款中高端語音合成芯片。SYN6288通過異步串口（UART）通訊方式，接收待合成的文本數據，實現文本到語音（或TTS語音）的轉換。

四、軟件設計

主控芯片為51系列單片機STC12C5A60S2，通過C語言來實現編程。開機后在顯示屏上顯示功能選擇，包括基本功能與擴展功能，通過按鍵選擇可實現按照題目要求的各項功能。程序總體框圖如下圖1所示：

圖1 系統程序總體框圖

五、結束語

在方案前經過認真謹慎的分析，最后確定了方案，所以方案進行的比較順利，雖然出現了一些問題，但是最后都一一解決，基本功能都以實現，得出了較為理想的結果，并且進行了寬展，實現了精確角度、周期控制，角度和周期同時控制。為了準確確定水平位置，在裝置上還安裝了水平柱，從而使測量更加準確。

參考文獻：

[1]張永革.單片機C語言應用技術與實踐[M].北京：北京交通大學出版社，2009.

[2]王志利.C語言程序設計[M].天津：天津科技大學出版社，2008.

[3]李權利.單片機原理及應用技術[M].北京：高等教育出版社，2009.

[作者簡介]戴青云（1976-），男，講師，碩士，主要研究方向：計算機控制。