，带轮的平均直径为，故悬线牵引力拉大于。题目要求悬挂物重量大于，因此足以满足系统要求，并能使系统具有很大的加速度，增强了灵活性。电动机驱动为求硬件电路简化，电机驱动没有自行设计经典的型桥式电路，而是采用专用电机驱动芯片的两路四个功率输出实现。电路工作过程输出接，当从输出低电平到，电动机正转当从输出高电平到，电动机反转其他情况，电动机停转。光电探测模块设计与实现在黑线寻迹和光电编码盘检测中分别使用了反射式和透射式光电传感器。利用反射式光电传感器检测黑线的电路如图所示，其示意图如图所示。电路工作过程如下当探测到黑线时，红外光电二极管发射出的光被反射回来的强度很弱，光敏三极管无法导通，所以点此时为高电平，通过带施密特功能的反相器，收到的信号是低电平。当探测到白色底板时，红外光电二极管因此忽略滑轮半径带来的绕线误差。因为悬挂物做圆周运动，因此图中的定，角和角互补变化，其变化量大小决定画圆准确度。根据余弦定理，计算得到式线检测校正模块来校正线式式圆周运动算法当控制悬挂物完成圆周运动时如图所示，设左右两个定滑轮中心分别为和，圆心为，悬挂物当前位置为，因为滑轮半径较小，所示。其工作原理是通过编码盘阻隔红外二极管发出的光，每当码盘转过条缝时，光敏三极管就接收到个信号。信号处理过程与反射式光电传感器相同。局部闭环反馈模块设计与实现为实现系统的闭环控制，设计悬发射的光被反射回来的强度很强，光敏三极管导通，所以点此时为低电平，通过，收到的信号是高电平。图光电传感器原理图利用透射式光电传感器检测光电编码盘，电路原理图如图所示，其示意图如图下当探测到黑线时，红外光电二极管发射出的光被反射回来的强度很弱，光敏三极管无法导通，所以点此时为高电平，通过带施密特功能的反相器，收到的信号是低电平。当探测到白色底板时，红外光电二极管其他情况，电动机停转。光电探测模块设计与实现在黑线寻迹和光电编码盘检测中分别使用了反射式和透射式光电传感器。利用反射式光电传感器检测黑线的电路如图所示，其示意图如图所示。电路工作过程如简化，电机驱动没有自行设计经典的型桥式电路，而是采用专用电机驱动芯片的两路四个功率输出实现。电路工作过程输出接，当从输出低电平到，电动机正转当从输出高电平到，电动机反转比为，输出力矩大于，带轮的平均直径为，故悬线牵引力拉大于。题目要求悬挂物重量大于，因此足以满足系统要求，并能使系统具有很大的加速度，增强了灵活性。电动机驱动为求硬件电路统原理框图如图所示。减速直流电动机角位移悬线长度检测反馈控制对象悬挂物位置给定悬线图直流伺服控制系统电动机传动系统本系统采用带有减速箱的直流电动机，电机额定工作电压，减速箱的减速题，我们最终选择无线数传方式。二系统硬件设计及相关分析计算直流伺服控制系统的设计与实现含有局部反馈的直流伺服控制系统本设计采用内置的两路输出实现了直流伺服控制系统的控制。系块，将整个系统分为探测部分和控制部分两个模块，将采集信号首先送到探测控制模块，然后传回主控制器，作出运行决策。使用有线模块时，较多线缆会更多地导致悬挂物体运行误差，考虑悬挂模块在运行过程中的控制精度问度提高，故我们选择方案二。控制核心与悬挂模块通信方式的选择方案采用有线传输方式，通过较长的线缆，直接将探测信号传回控制核心，进行数据处理，作出运行控制决策。方案二采用无线数传方式，通过无线模入反馈修正子模块。在外壁不导电的漆包线上，每隔定固定距离，刮掉小段油漆露出导电芯，通过对导电芯的探测达到测量实际路程值的目的，构成个局部闭环控制系统。显而易见，局部闭环控制系统对系统精度有很大程现距离量的测量。因开环控制不具有修正由于扰动而出现的的悬挂模块实际走过的路程与计算输出量的偏差，故抗干扰能力较差。方案二局部闭环控制系统。在通过测算光电编码盘的光电信号计算电机输出量的同时，在线上加析，选择方案二。红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管画笔悬挂物支架图光电编码盘示意图图红外传感器阵列示意图控制策略的选择方案开环控制系统。通过对电机输出量的测量来实白色物体的反射系数不同，从而实现对黑白物体的分辨。将个红外对管组成个环，围绕在画笔周围，调整各传感器之间的间距，可以探测出黑线任意延伸方向。可满足题目的精度要求。传感器阵列示意图如图所示。基于以上分纸图像，由单片机处理后分析找出黑线延伸方向，控制悬挂物体沿黑线前进。但此方案实现难度较大，短期内无法完成。方案二采用反射式红外传感器阵列，通过多个红外头的探测信号得到悬挂物行走轨迹。由于黑色物体和白纸图像，由单片机处理后分析找出黑线延伸方向，控制悬挂物体沿黑线前进。但此方案实现难度较大，短期内无法完成。方案二采用反射式红外传感器阵列，通过多个红外头的探测信号得到悬挂物行走轨迹。由于黑色物体和白色物体的反射系数不同，从而实现对黑白物体的分辨。将个红外对管组成个环，围绕在画笔周围，调整各传感器之间的间距，可以探测出黑线任意延伸方向。可满足题目的精度要求。传感器阵列示意图如图所示。基于以上分析，选择方案二。红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管红外对管画笔悬挂物支架图光电编码盘示意图图红外传感器阵列示意图控制策略的选择方案开环控制系统。通过对电机输出量的测量来实现距离量的测量。因开环控制不具有修正由于扰动而出现的的悬挂模块实际走过的路程与计算输出量的偏差，故抗干扰能力较差。方案二局部闭环控制系统。在通过测算光电编码盘的光电信号计算电机输出量的同时，在线上加入反馈修正子模块。在外壁不导电的漆包线上，每隔定固定距离，刮掉小段油漆露出导电芯，通过对导电芯的探测达到测量实际路程值的目的，构成个局部闭环控制系统。显而易见，局部闭环控制系统对系统精度有很大程度提高，故我们选择方案二。控制核心与悬挂模块通信方式的选择方案采用有线传输方式，通过较长的线缆，直接将探测信号传回控制核心，进行数据处理，作出运行控制决策。方案二采用无线数传方式，通过无线模块，将整个系统分为探测部分和控制部分两个模块，将采集信号首先送到探测控制模块，然后传回主控制器，作出运行决策。使用有线模块时，较多线缆会更多地导致悬挂物体运行误差，考虑悬挂模块在运行过程中的控制精度问题，我们最终选择无线数传方式。二系统硬件设计及相关分析计算直流伺服控制系统的设计与实现含有局部反馈的直流伺服控制系统本设计采用内置的两路输出实现了直流伺服控制系统的控制。系统原理框图如图所示。减速直流电动机角位移悬线长度检测反馈控制对象悬挂物位置给定悬线图直流伺服控制系统电动机传动系统本系统采用带有减速箱的直流电动机，电机额定工作电压，减速箱的减速比为，输出力矩大于，带轮的平均直径为，故悬线牵引力拉大于。题目要求悬挂物重量大于，因此足以满足系统要求，并能使系统具有很大的加速度，增强了灵活性。电动机驱动为求硬件电路简化，电机驱动没有自行设计经典的型桥式电路，而是采用专用电机驱动芯片的两路四个功率输出实现。电路工作过程输出接，当从输出低电平到，电动机正转当从输出高电平到，电动机反转其他情况，电动机停转。光电探测模块设计与实现在黑线寻迹和光电编码盘检测中分别使用了反射式和透射式光电传感器。利用反射式光电传感器检测黑线的电路如图所示，其示意图如图所示。电路工作过程如下当探测到黑线时，红外光电二极管发射出的光被反射回来的强度很弱，光敏三极管无法导通，所以点此时为高电平，通过带施密特功能的反相器，收到的信号是低电平。当探测到白色底板时，红外光电二极管发射的光被反射回来的强度很强，光敏三极管导通，所以点此时为低电平，通过，收到的信号是高电平。图光电传感器原理图利用透射式光电传感器检测光电编码盘，电路原理图如图所示，其示意图如图所示。其工作原理是通过编码盘阻隔红外二极管发出的光，每当码盘转过条缝时，光敏三极管就接收到个信号。信号处理过程与反射式光电传感器相同。局部闭环反馈模块设计与实现为实现系统的闭环控制，设计悬线检测校正模块来校正线式式圆周运动算法当控制悬挂物完成圆周运动时如图所示，设左右两个定滑轮中心分别为和，圆心为，悬挂物当前位置为，因为滑轮半径较小，因此忽略滑轮半径带来的绕线误差。因为悬挂物做圆周运动，因此图中的定，角和角互补变化，其变化量大小决定画圆准确度。根据余弦定理，计算得到式式且有式在控制过程中，使角按照定精度值步进，最终在纸上将画出个以为圆心的圆。图悬挂物直线运动示意图图悬挂物圆周运动示意图任意轨迹寻迹算法由于所寻黑线是任意绘制，因此将全段曲线微元化，截取足够短小段直线，如图所示。在传感器尺寸设计时，充分考虑探测曲线的各种情况，使悬挂物在有黑线区域，至少有个光电传感器能探测到黑线。系统寻迹算法如示意图所示，每次探测均有个主探测器，并且将屏蔽本次主探测器其后的三个探测器如图所示，即每次使用对光电传感器其中的对。主探测器的确定是在上个状态探测时，记录探测到黑线的探测器，并将它们相对当前主探测器的角度偏移量取平均，从而得到下个状态探测的主探测器。在寻迹过程中，主探测器将随着黑线的方向不断变化，与此同时悬挂物也随着黑线运动。主探测器被屏蔽的三对探测器图任意轨迹寻迹示意图软件流程图主程序流程图主程序流程图如图所示。悬挂物运动子程序流程图悬挂物运动子程序流程图如图所示。人工调零子程序流程图调零子程序流程图如图所示。开始初始化显示欢迎画面读取键值是否键按下是否键按下是否键按下是否键按下是否键按下是否键按下手动调零子程序设定坐标运动子程序执行设定坐标子程序执行画圆子程序执行寻迹运动子程序执行人工轨迹子程序运动子程序开始读入设定坐标值读