4G手機(jī)天線報(bào)告

摘要本系統(tǒng)采用12V和24V雙電源供電，以TI的MSP430F5529單片機(jī)為控制核心，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制AY-LCD1000傳感器的位置，使得傳感器可以掃完規(guī)定范圍，從而檢測(cè)到金屬，并顯示聲光信息。同時(shí)可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定運(yùn)行模式并且讀出系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，具有較好人機(jī)界面。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔方便，電機(jī)控制穩(wěn)定可靠，經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)基本完成了題目所要求的各項(xiàng)基本指標(biāo)。關(guān)鍵字：AY-LCD1000MSP430F5529步進(jìn)電機(jī)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)方案1\o"CurrentDocument"1.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的論證與選擇1\o"CurrentDocument"1.2顯示模塊的論證與選擇2\o"CurrentDocument"1.3底座模塊的論證與選擇2\o"CurrentDocument"1.4控制系統(tǒng)的論證與選擇3\o"CurrentDocument"2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算3\o"CurrentDocument"2.1電動(dòng)機(jī)選型3\o"CurrentDocument"2.2驅(qū)動(dòng)與控制算法4\o"CurrentDocument"3機(jī)械與電路及程序設(shè)計(jì)4\o"CurrentDocument"3.1機(jī)械設(shè)計(jì)43.1.1旋轉(zhuǎn)臂桿與擺桿4\o"CurrentDocument"3.2電路的設(shè)計(jì)43.2.1電源電路設(shè)計(jì)43.2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"3.3程序的設(shè)計(jì)53.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路53.2.2程序流程圖5\o"CurrentDocument"4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果6\o"CurrentDocument"4.1測(cè)試方案6\o"CurrentDocument"4.2測(cè)試條件與儀器6\o"CurrentDocument"4.3測(cè)試結(jié)果及分析64.3.1測(cè)試結(jié)果（數(shù)據(jù)）64.3.2測(cè)試分析與結(jié)論6附錄一：電路原理圖7附錄二：源程序8

金屬物體探測(cè)定位器（B題）【本科組】1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、AY-LDC1000檢測(cè)模塊、顯示模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。電機(jī)模塊傳感器模塊鍵盤(pán)模塊顯示模塊控制模塊電機(jī)模塊傳感器模塊鍵盤(pán)模塊顯示模塊控制模塊電源模塊圖一系統(tǒng)框圖1.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的論證與選擇方案一：普通直流伺服電機(jī)普通直流伺服電機(jī)有價(jià)格低使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其扭矩較小，可控性差，此系統(tǒng)要求控制精度高速度快，故直流電機(jī)不能滿足要求。方案二：減速電機(jī)減速電機(jī)克服了普通直流電機(jī)扭矩小的缺點(diǎn)，而且價(jià)格較低，但其可控性不太好，難以精確控制。方案三：步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)角精確可控的優(yōu)點(diǎn)，速度和轉(zhuǎn)角都能控制，適用于精確控制系統(tǒng)。只是價(jià)格稍高。綜合以上三種方案，為保證穩(wěn)定可靠，選用方案三。1.2顯示模塊的論證與選擇方案一：TFT液晶彩屏。TFT液晶顯示器上的每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)。從而

可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。色彩感強(qiáng)，能夠構(gòu)成良好的人機(jī)交互界面。但是缺點(diǎn)是比較耗電，成本也較高，而且顯示時(shí)刷屏的速度比較慢，占用的內(nèi)存比較大。方案二：液晶屏12864。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(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。12864能夠滿足題目中的顯示要求，但是由于本題的顯示部分要求不高，因此采用它有點(diǎn)小題大做。方案三：NOKIA5110顯示器。NOKIA5110是一款基于圖形顯示的LCD屏，并且有很多的應(yīng)用。使用的PCD8544控制器，PCD8554是一款低功耗的CMOSLCD控制器，用于驅(qū)動(dòng)48行84列的圖形顯示，并且采用串行總線接口與微控制器相連，大大減少了外圍控制線的數(shù)量，在使用時(shí)十分的方便，而且相對(duì)于LCD1602、LCD12864都有著自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。綜合考慮，采用方案三。1.3底座模塊的論證與選擇方案一：利用小車(chē)作為載體采用步進(jìn)電機(jī)控制的小車(chē)，將傳感器固定在小車(chē)的前端，驅(qū)動(dòng)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)傳感器的運(yùn)動(dòng)，讓小車(chē)沿著規(guī)定區(qū)域的邊緣行駛一圈，同時(shí)傳感器在擺動(dòng)檢測(cè)，這樣可以基本將區(qū)域掃描完，來(lái)檢測(cè)到金屬塊。但是由于小車(chē)體積有點(diǎn)大，而所規(guī)定的區(qū)域相對(duì)而言比較小，且以玻璃板為底座，很容易打滑或開(kāi)出規(guī)定區(qū)域。方案二：采用X,Y兩軸絲桿機(jī)構(gòu)利用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別控制X、Y兩個(gè)方向的絲桿，進(jìn)行X軸掃描的同時(shí)進(jìn)行Y軸掃描，該方案穩(wěn)定性比較高，但是此種方案可以直接不用檢測(cè)邊框的鐵絲，不符合題目的要求。方案三：采用桿子做扇形掃描將傳感器固定在一根較長(zhǎng)的桿子上，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度便停下桿子，讓傳感器沿著桿子檢測(cè)，檢測(cè)到鐵絲邊框便轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)規(guī)定的角度，傳感器開(kāi)始往反方向移動(dòng)檢測(cè)。此方案制作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而且速度較快。電機(jī)2金屬探測(cè)器電機(jī)2金屬探測(cè)器圖二裝置簡(jiǎn)易圖綜合考慮采用方案三。1.4控制系統(tǒng)的論證與選擇方案一：采用傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)傳統(tǒng)的51單片機(jī)為8位機(jī)，價(jià)格便宜，控制簡(jiǎn)單，但是運(yùn)算速度慢，片內(nèi)資源少，存儲(chǔ)容量小，難以存儲(chǔ)大體積的程序和實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的反應(yīng)控制。并且受時(shí)鐘限制，計(jì)時(shí)精度不高，外圍電路也增加了系統(tǒng)的不可靠性。方案二：采用STM32F103RBT6STM32F103RBT6有128KFLASH、20KSRAM、2個(gè)SPI、3個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、2個(gè)12位ADC、RTC、51個(gè)I/O口，且具有功能強(qiáng)大、效率高的指令系統(tǒng)，以及高性能模擬技術(shù)及豐富的外圍模塊。但是由于本組成員未學(xué)過(guò)，在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)并使用比較困難。方案三：采用TI公司的MSP430F5438A單片機(jī)該單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于有100個(gè)I/O,便于使用者配置使用，且具有功能強(qiáng)大、效率高的指令系統(tǒng)，方便高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境使操作更加簡(jiǎn)便，低功耗是其它類(lèi)單片機(jī)難以比擬的，集成度較高，編程相對(duì)簡(jiǎn)單，但是需要仿真器。綜合考慮采用方案三。2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算2.1電動(dòng)機(jī)選型步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。步進(jìn)電機(jī)在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的（1）步距角：步進(jìn)電機(jī)的定子繞組每改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)步距角。3609=bM*Z*C式1中：M為定子相數(shù)，Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù),C為通電方式：C=1單相輪流通電、雙相輪流通電方式，C=2單、雙相輪流通電方式。（2）扭矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系轉(zhuǎn)矩：使機(jī)械元件轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩。機(jī)械元件在轉(zhuǎn)矩作用下都會(huì)產(chǎn)生一定程度的扭轉(zhuǎn)變形，故轉(zhuǎn)矩有時(shí)又稱(chēng)為扭矩。扭矩公式：T=9550P/n，T是扭矩，單位N.m，P是輸出功率，單位KW，N是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min。因此所采用的五相電機(jī)和四相電機(jī)符合要求。2.2驅(qū)動(dòng)與控制算法WZM-2H042Md是驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)二相混合式步進(jìn)電機(jī)，恒流驅(qū)動(dòng)，具有很強(qiáng)的抗十?dāng)_性、高頻性能好、起動(dòng)頻率高、控制信號(hào)與內(nèi)部信號(hào)實(shí)現(xiàn)光電隔離、電流可選、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、可靠性好、噪聲小，帶動(dòng)1.0A以下所有的42BYG系列步進(jìn)電機(jī)。每相最大驅(qū)動(dòng)器電流為1.0安培，可選擇電流半流細(xì)分?jǐn)?shù)可選(1/2,1/4,1/8),對(duì)應(yīng)的微步距角分別為(0.9°/一個(gè)脈沖、0.45°/一個(gè)脈沖、0.225°/一個(gè)脈沖)。因?yàn)橐谒?guī)定范圍內(nèi)檢測(cè)到硬幣，必須要逐行逐列進(jìn)行掃描，為了可以掃完所有地方，必須要很穩(wěn)定的控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，因此要控制好電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。由于采用的裝置是擺動(dòng)的桿子，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小的角度，桿子另一端轉(zhuǎn)過(guò)的弧度會(huì)很大，因此選用16細(xì)分，這樣一個(gè)脈沖可以轉(zhuǎn)過(guò)0.1125°，大致可以掃描完整塊玻璃板。3機(jī)械與電路及程序設(shè)計(jì)3?1機(jī)械設(shè)計(jì)3?1?1旋轉(zhuǎn)臂桿與擺桿擺桿選擇半徑為7.5mm，長(zhǎng)90cm的碳纖維棒。碳纖維棒具有強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)、耐腐蝕，質(zhì)量輕、低密度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用航空模型飛機(jī)、設(shè)備轉(zhuǎn)軸等機(jī)械設(shè)備。本系統(tǒng)選擇碳纖維棒，符合規(guī)定要求，且利于擺桿靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)電路包括單片機(jī)芯片MSPF5438A最小系統(tǒng)、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、蜂鳴器和顯示電路。3.2.1電源電路設(shè)計(jì)電源由穩(wěn)壓部分和濾波部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供5V和3.3V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡(jiǎn)單，都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，故不作詳述。3.2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路電源采用24V，電壓范圍為0?100V，提高驅(qū)動(dòng)電壓可增大電機(jī)在高頻范圍轉(zhuǎn)矩的輸出。+、-為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源引腳，應(yīng)接入瓷片去耦電容和電解電容穩(wěn)壓。A+、A-、B+、B-引腳分別為電機(jī)2相輸出接口。CP+、CP-分別為電機(jī)A、B相最大驅(qū)動(dòng)電流定義引腳，DIR+、DIR-分別為電機(jī)A、B相驅(qū)動(dòng)引腳地。3.2.3檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)LDC1000的PCB線圈周?chē)薪蛔兇艌?chǎng)時(shí)，當(dāng)有金屬靠近時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得Rp寄存器中的數(shù)值會(huì)增加，根據(jù)增加的數(shù)值不一樣來(lái)判斷檢測(cè)到的是金屬塊還是鐵絲邊框，從而準(zhǔn)確的檢測(cè)到硬幣。

3.3程序的設(shè)計(jì)3.3.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的設(shè)置，電機(jī)的控制，金屬的檢測(cè)，聲音和光的顯示。1）鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)功能：設(shè)置功能，選擇檢測(cè)模式。2）顯示部分：顯示AY-LCD1000傳感器寄存器中讀回的頻率值和Rp值。2、程序設(shè)計(jì)思路利用MSPF5438A控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成掃描規(guī)定范圍的硬幣，由于檢測(cè)到鐵絲和硬幣的Rp值不同，檢測(cè)到相對(duì)小的值為鐵絲，一旦檢測(cè)到就往反方向走，檢測(cè)到相對(duì)大的值就發(fā)出聲音和光，并停下電機(jī)。3.3.2程序流程圖圖四程序流程框圖4測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果4.1測(cè)試方案1、軟件仿真測(cè)試2、硬件軟件聯(lián)調(diào)通過(guò)讀取LDC1000傳感器中寄存器Rp的值，顯示到5110上，通過(guò)控制讀取值得范圍來(lái)確定所檢測(cè)到的是什么物體。記錄下檢測(cè)到一角硬幣和一元硬幣、鐵絲的不同值，根據(jù)所記錄的值來(lái)檢測(cè)物體，觀察并記錄不同情況下的誤差值。4.2測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系