自由擺平板控制系統(tǒng)的設計解析詳解

　本設計的重點在于通過加速度傳感器MMA7455采集各關節(jié)處角度信息，并根據(jù)得到的角度值及任務要求控制步進電機的運轉，完成自由擺臂末端平板姿態(tài)的調整，完成預定任務。通過MMA7455加速度傳感器得到的是三軸加速度信息，而在實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換，其次實踐證明MMA7455加速度傳感器穩(wěn)定性較差，需要通過滑動平均濾波算法對得到的三軸加速度值進行濾波處理，以達到精確控制的目的。而對于步進電機的精確控制則需要PID控制算法以去除控制過程中的抖動，達到自控系統(tǒng)“穩(wěn)、準、快”的設計要求。綜上所述，本系統(tǒng)中存在大量的數(shù)據(jù)運算及控制算法并且對實時性要求較高，因此選用主頻高達400MHz的S3C2440作為主控芯片，一方面能保證系統(tǒng)基本功能的實現(xiàn)，另一方面有助于系統(tǒng)中各種性能指標的提升。
　　1硬件系統(tǒng)設計
　　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構成嵌入式最小系統(tǒng)。NorFlash和NandFlash同時存在的好處在于NorFlash中存放BootLoader完成系統(tǒng)調試及NandFlash中程序的燒寫，方便調試。系統(tǒng)設計了5個功能按鍵分別接到S3C24405個外部中斷引腳（EINT8、11、13、14、15），另外接5個LED（GPH9、GPH10、GPF6、GPG1、GPB1）作為各類狀態(tài)的指示信號。通過S3C24406個普通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I/O（GPE11、12、13、GPG2）口接步進電機驅動器。如圖1所示。
　　
　　2軟件系統(tǒng)設計
　　本系統(tǒng)軟件設計相對較復雜，既要考慮系統(tǒng)基本功能的實現(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、調用相應任務子程序模塊以及各個任務模塊下相應算法的實現(xiàn)，系統(tǒng)主流程如圖2所示。