基于Arduino的机电控制CAI系统开发

发布时间：2017-05-09 16:25

  本文关键词：基于Arduino的机电控制CAI系统开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文提出了一种新型的机电控制CAI系统,通过对Arduino硬件系统和软件开发环境的分析研究,把基于Arduino的机电控制引入到CAI系统,设计了一种可供机电专业课程教学使用的CAI系统。对于Arduino使用者来说,改变了传统的更新软件就得重复烧写flash的模式,该系统能够通过Arduino自带的串口监视器实现人机交互,操作简便,运行稳定。该系统让初学者能够更快更容易的学习,大大激发了学生的学习兴趣,将Arduino引入机电专业课程教学提高了教育、教学的质量,增进了教育的效率,并且取得了良好的课堂教学的效果。本文的主要研究内容可以概括为以下几个方面:通过对机电系统CAI进行需求分析,提出了CAI系统的整体架构,阐述了Arduino终端解释程序的总体设计方案。通过对Arduino硬件以及软件开发环境的介绍以及Arduino内核程序的解读,根据有限状态机的原理设计并实现了命令解释器。对Arduino串口通讯协议和功能库的调用接口进行设计开发,实现了对数字端口的高电平/低电平进行读取和写入,对模拟端口进行PWM波的写入,对Arduino进行既定脉冲数的写入,满足了机电专业课程教学要求的大部分功能。对于更加复杂的使用环境,本文提出了基于Arduino的多任务控制并设计了一种可靠的安全的混合式调度器使其得以实现。通过对合作式调度器和抢占式调度器特性的分析,提出了一种兼具以上两种调度器优势的混合式调度器。对混合式调度器的各组成部分包括调度器数据结构、初始化函数、中断服务程序、添加任务函数、调度任务函数以及删除任务函数进行了详细的阐述。完成了添加任务和删除任务的串口通信协议的设计,实现了多任务的人机交互,使CAI系统能够应用到更加广泛的领域。针对CAI系统机电控制应用层展开设计,通过对对步进电机和舵机的硬件系统组成和原理的分析,对步进电机和舵机串口通信协议进行了设计,可以实现对步进电机方向、位置和速度的控制以及对舵机旋转角度的控制。在步进电机的位置控制中设计了脉冲计数器,可以通过位置查询命令查询电机的位置,也可以通过位置归零命令对脉冲计数器清零。该系统可以快速移植到智能移动机器人、3D打印机等机电设备中,这对于将Arduino引入机电专业课程教学具有重要的意义。
【关键词】：Arduino CAI 功能库 多任务
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH-39;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 研究现状12-18
• 1.2.1 CAI的起源及发展12-14
• 1.2.2 Arduino的发展及应用14-18
• 1.3 论文的主要研究内容18-20
• 第二章 机电系统CAI需求分析20-25
• 2.1 机电专业实践教学存在的问题20-21
• 2.2 CAI系统硬件设备介绍21-22
• 2.3 用户需求分析22-23
• 2.4 功能需求分析23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 CAI系统的架构设计25-34
• 3.1 系统总体方案设计25-26
• 3.2 系统的工作机制26
• 3.3 命令解释器的设计26-29
• 3.4 功能库的设计29-30
• 3.5 Arduino开发平台30-33
• 3.5.1 Arduino硬件开发平台30-31
• 3.5.2 Arduino的软件开发环境31
• 3.5.3 Arduino基本语言概述31-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 基于串口的应用层通讯协议设计34-40
• 4.1 串口通信协议34
• 4.1.1 串行通信接口的基本任务34
• 4.1.2 通信协议34
• 4.2 应用层协议的设计34-35
• 4.3 通信协议举例35-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 CAI系统的多任务设计与实现40-55
• 5.1 CAI系统的多任务控制40
• 5.2 任务调度器40-42
• 5.2.1 合作式调度器和抢占式调度器40-41
• 5.2.2 混合式调度器41-42
• 5.3 任务调度的实现42-50
• 5.3.1 混合式调度器的组成42-43
• 5.3.2 调度器数据结构以及任务队列43
• 5.3.3 初始化函数43-45
• 5.3.4 刷新函数45-46
• 5.3.5 添加任务函数46-48
• 5.3.6 调度任务的函数48
• 5.3.7 调度器的其他功能48-50
• 5.4 多任务控制实验测试50-53
• 5.5 调度器的可靠性和安全性53-54
• 5.6 本章小结54-55
• 第六章 CAI系统应用举例55-66
• 6.1 步进电机的控制55-62
• 6.1.1 步进电机硬件系统55-58
• 6.1.2 步进电机控制系统实验58-62
• 6.2 舵机的控制62-65
• 6.2.1 舵机工作原理62-64
• 6.2.2 舵机控制系统实验64-65
• 6.3 本章小结65-66
• 第七章 总结与展望66-68
• 7.1 研究总结66-67
• 7.2 未来展望67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间的研究成果72-73
• 致谢73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 田鹏飞;;论可编程逻辑控制器在矿山机电控制中的作用[J];电子制作;2014年02期

2 严武升;;机电控制系列课程建设和教学改革刍议[J];中国电子教育;2000年01期

3 王田苗;陈殿生;吴永亮;;《机电控制基础》一体化项目教学实践[J];北京航空航天大学学报(社会科学版);2008年02期

4 李金热;;《机电控制技术》课程教学模式改革的研究[J];南京工业职业技术学院学报;2009年02期

5 李金热;杨新春;;机电控制技术课程教学改革的探索[J];今日科苑;2009年22期

6 邓志辉;;机电控制技术课程教学模式的实践与探索[J];常州信息职业技术学院学报;2011年02期

7 赵霞;陈永利;栗彦辉;;提高“机电控制”课程授课质量的探索与实践[J];中国电力教育;2013年25期

8 牟海荣;;嵌入式系统在机电控制中的应用[J];黑龙江科技信息;2013年32期

9 李建;杨文龙;欧阳健强;吴富姬;;分析可编程逻辑控制器在矿山机电控制中的作用[J];科技视界;2013年36期

10 董彬;;关于《机电控制基础》课程改革的思考[J];科技致富向导;2011年23期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 郭创;樊蓉;;信息技术支持下《飞机机电控制》课程教学初探[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集（下册）[C];2008年

2 孟庆龙;冯伟;刘文臣;;智能降压启动控制器的设计与实现[A];山东省计算机学会2005年信息技术与信息化研讨会论文集（二）[C];2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 肖遥;基于Arduino的机电控制CAI系统开发[D];浙江理工大学;2016年

2 张明华;基于互联网的远程机电控制系统关键技术的研究[D];西北工业大学;2003年

3 王进华;远程机电控制中的网络接入技术研究和应用[D];苏州大学;2011年

4 马新刚;基于Internet的嵌入式机电控制单元的开发与研制[D];西北工业大学;2006年

5 赵宝健;远程机电控制Internet接口单元的研究与设计[D];西北工业大学;2005年

  本文关键词：基于Arduino的机电控制CAI系统开发，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：352868