数字机械矩阵的设计与研究

发布时间：2017-09-14 16:12

  本文关键词：数字机械矩阵的设计与研究

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【摘要】：随着科学技术发展与文化建设的需要国内展览展示行业近年来发展迅猛。作为新型现代展示技术的数字机械矩阵逐渐得到更多的重视，一些从事展览展示行业的公司、企业和研究机构开始对其展开深入的研究和开发。数字机械矩阵一改往常固态单调“合字模”或者卡通画的表现形式，开始配以视频或投影使其成为具有动态过程的情节展示系统。 本文研究数字机械矩阵的机械、控制硬件及软件，主要包括各矩阵单元升降机构的设计，基于微控制器（MCU）对各矩阵单元升降运动精确控制的下位机系统，对各矩阵单元运动进行协调控制的上位机系统及上位机与下位机之间的通讯。在具体设计过程中，对比升降机构的不同的传动方式，包括带轮同步带机传动、丝杠螺母副传动和齿轮齿条传动，选择最合适的方式。在下位机控制的电路设计方面，对以往习惯使用的AT89S52驱动系统作了分析和改进，使用dsPIC33F作为电机的驱动芯片，其优秀的性能使程序的处理更加安全可靠，配合细分驱动技术，使电机的运行更加平稳。 各个像素单元运动和控制的主要过程为：上位机读取需要展示的图片，通过内部运算获得每个矩阵单元的运动距离发送到下位机；CPU产生脉冲信号，经过细分驱动电路的脉冲分配和功率放大，驱动步进电机按照控制数据带动矩阵单元运动；步进电机带动同步带轮，通过带轮同步带机构带动像素单元实现升降运动。本次项目计划为2400个像素单元，现前期制作432个用于系统调试，每块控制电路板控制6个电机。上位机控制系统基于MFC开发，负责读取设定的展示图案，将各像素单元灰度值转换为一定的升降高度。上位机通过执行PC机与多个单片机组成多机通讯，实时下发控制信息，最终控制着各种图案的形成。 在项目组的共同努力下，数字机械矩阵最终研制成功，不仅为以后迅速占领市场奠定了基础，，也为以后的工作指明了方向，尤其是在数字机械矩阵的周边配套设备的研制方面。
【关键词】：数字机械矩阵 微控制器 控制电路 细分驱动 步进电机
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 本课题研究的目的和意义9
• 1.2 国内外数字机械矩阵的研究现状9-11
• 1.3 主要研究内容11-13
• 2 机械设计方案13-24
• 2.1 带轮-同步带机构13-17
• 2.2 滑动丝杠螺母机构17-19
• 2.3 齿轮-齿条机构19-21
• 2.4 综合分析及方案改进21-22
• 2.5 噪声抑制措施22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 数字机械矩阵控制系统硬件设计24-36
• 3.1 步进电机驱动矩阵单元运动的原理24-25
• 3.2 矩阵单元运动控制电路设计25-35
• 3.3 本章小结35-36
• 4 数字机械矩阵控制系统软件设计36-48
• 4.1 dsPIC33F 多机通信系统37-40
• 4.2 下位机程序及调试40-43
• 4.3 上位机软件43-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 总结与展望48-50
• 5.1 全文总结48
• 5.2 后续工作及展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-54
• 附录 1 下位机程序片段54-56
• 附录 2 上位机程序片段56-57

【参考文献】

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本文编号：850986