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悬挂运动控制系统[2005年电子大赛一等奖]
文章来源：凌阳科技教育推广中心
作者：浙江大学 杜维 张建敏 陈勋 发布时间：2006-5-26 18:21:59
摘要：本系统采用凌阳16位单片机(SPCE061A)作为悬挂控制系统的检测和控制核心，实现通过人机界面对物体所作运动进行设定，通过LCD实时显示此时画笔所在的坐标值；
系统具有可画出相应的运动轨迹，可自动跟踪曲线运动，语音播报是否完成任务等功能。运动参数的设定通过无线键盘输入，系统通过比较当前画笔所在位置与设定位置的差
异以及运动类型，控制步进电机完成相应运动；曲线的跟踪采用红外传感器来实现；语音播报采用凌阳单片机自带的语音模块来实现；在软件控制上采用了Divide & Conquer
和\探测、预测\相结合的方法把画笔所要作的复杂运动分解成简单的直线运动，然后控制电机实现。
关键字：Divide & Conquer、步进电机、红外传感、SPCE061A
一、方案论证
根据题目要求，系统由图1.1中模块组成。
图1.1 系统模块框图
1、控制器模块
方案一：采用ATMEL公司的AT89C51作为控制器的方案。单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。但是如果系统需要增加语音播放功能，还需外接语音芯片，实现
较为复杂。另外51单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。
方案二：采用SPCE061A单片机来实现，此单片机内置8路10位ADC和2路DAC，避免了外接A/D转换芯片和D/A转换芯片，并且I/O接口比较多，易于扩展外围电路，
开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报。集成开发环境中配有很多语音API函数，实现语音播放比较简单，另外方便的是该芯片内置在线仿
真，编程接口，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。
2、曲线跟踪模块
方案一：通过开关型霍尔传感器来实现，但是由于该方法只能跟踪磁性物质组成的曲线，成本高、安装起来比较麻烦，而且容易受环境中磁性物质的干扰，抗干扰性能不
好。
方案二：通过红外传感器来实现，通过安装在所悬挂物体上的红外对管，检测在运动平面上用黑色笔所画的黑色曲线（或黑色胶布），由于黑色吸收发射管所发出的红外
线，使接收管接收不到信号，系统通过接收管是否接收到发射管发出的测试信号，通过判断，用于控制步进电机的运动，实现起来简单易行。
3、语音播报模块
方案一：通过单片机来控制语音芯片来实现提示信息的播报。但是由于语音芯片成本比较高，而且扩展起来比较复杂，增加焊接难度和设计成本。
方案二：如果控制器采用凌阳16位单片机SPCE061A，SPCE061A开发板自身集成有语音模块，不需要外围扩展，而且由于其集成开发环境自带的语音API函数库，可以减
少开发难度和复杂度。
二、详细软硬件设计
经过上述的分析和论证，决定了系统各模块采用的最终方案如下：
(1) 控制模块： 采用SPCE061A 16位单片机；
(2) 曲线跟踪模块： 采用红外传感器构成曲线跟踪模块；
(3) 键盘模块： 采用315MHz无线键盘和编解码芯片；
(4) 显示模块： 采用LCD构成显示模块；
(5) 电机驱动模块： 采用2相的步进电机实现；
(6) 语音播报模块： 采用SPCE061A 16位单片机自带的语音模块；
(7) 电源模块： 采用过滤，滤波，稳压等电路实现。
系统总的框图如图2.1所示，硬件连接图如图2.2所示。
图2.1 系统框图
图2.2 系统硬件连接图
1、硬件设计
（1）无线键盘单元的电路的设计
a） 发射模块
电路图如图2.3与图2.4所示。
图2.3 4路信号发射部分
编码部分采用PT2262芯片，输入是4路独立的二进制信号，可以用一个16－4编码电路扩展，组成16路的控制信号做为输入；发射电路采用现在市场上用OOK实现的
315M无线电发射模块。