自由擺平板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解析詳解

　本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于通過加速度傳感器MMA7455采集各關(guān)節(jié)處角度信息，并根據(jù)得到的角度值及任務(wù)要求控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，完成自由擺臂末端平板姿態(tài)的調(diào)整，完成預(yù)定任務(wù)。通過MMA7455加速度傳感器得到的是三軸加速度信息，而在實(shí)際控制過程中所需要的是角度信息，所以要用到三角函數(shù)完成加速度值到角度值的轉(zhuǎn)換，其次實(shí)踐證明MMA7455加速度傳感器穩(wěn)定性較差，需要通過滑動(dòng)平均濾波算法對(duì)得到的三軸加速度值進(jìn)行濾波處理，以達(dá)到精確控制的目的。而對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的精確控制則需要PID控制算法以去除控制過程中的抖動(dòng)，達(dá)到自控系統(tǒng)“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的設(shè)計(jì)要求。綜上所述，本系統(tǒng)中存在大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算及控制算法并且對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，因此選用主頻高達(dá)400MHz的S3C2440作為主控芯片，一方面能保證系統(tǒng)基本功能的實(shí)現(xiàn)，另一方面有助于系統(tǒng)中各種性能指標(biāo)的提升。
　　1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　本自由擺平板控制板采用S3C2440作為主控芯片，外接NorFlashAM29LV160DB、NandFlashK9F1208及兩塊SDRAMHY57V561620構(gòu)成嵌入式最小系統(tǒng)。NorFlash和NandFlash同時(shí)存在的好處在于NorFlash中存放BootLoader完成系統(tǒng)調(diào)試及NandFlash中程序的燒寫，方便調(diào)試。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了5個(gè)功能按鍵分別接到S3C24405個(gè)外部中斷引腳（EINT8、11、13、14、15），另外接5個(gè)LED（GPH9、GPH10、GPF6、GPG1、GPB1）作為各類狀態(tài)的指示信號(hào)。通過S3C24406個(gè)普通I/O口模擬兩路IIC接口（GPF0～GPF5）分別接加速度傳感器1、2。4個(gè)I/O（GPE11、12、13、GPG2）口接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。如圖1所示。
　　
　　2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)相對(duì)較復(fù)雜，既要考慮系統(tǒng)基本功能的實(shí)現(xiàn)，又要考慮系統(tǒng)易于使用。從軟件功能看，主程序主要完成鍵值處理、LED顯示、調(diào)用相應(yīng)任務(wù)子程序模塊以及各個(gè)任務(wù)模塊下相應(yīng)算法的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)主流程如圖2所示。