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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡承益
研究生(外文):TSAI, CHENG-I
論文名稱:以 MCS-51 單晶片進行階層式控制之輔助支撐工具
論文名稱(外文):An Auxiliary Support Aid With LayeredOperation Using MCS-51 Chips
指導教授:蘇春熺
口試委員:蘇春熺盧中仁蕭俊祥
口試日期:2019-03-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:MCS-51單晶片階層式控制模組化輔助支撐工具
外文關鍵詞:MCS-51 ChipsLayered-OperationModularizationAuxiliary Support Aid
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本實驗主要分為控制以及機構兩大部分。控制方面主要利用MCS-51單晶片建構出階層式的控制系統,使用於多個馬達的控制上。此系統是利用成本低廉且易取得的AT89S52單晶片作為微處理器,以單一主控制同時啟動多個次控制單晶片,藉此達成單獨一個單晶片不容易達成的同步控制。除了成本低廉以外,這種架構還有一個重要特點為易模組化,因此能夠根據使用者需求擴充更多的馬達。機構方面本論文將階層式控制系統使用在一種專門為年長者以及巴金森症患者所設計的輔助支撐工具上,透過階層式系統的同步優勢希望能達到更快的反應速度,為使用者帶來更快速的安全保護。結果顯示使用本研究的階層式控制系統進行同步控制後,可以使本實驗設計的機構動作變換速度與序列控制相較之下加快21 %,且操作空間與序列改良模式相比,只少量增加了0.3 %的空間。
There are two mainly divided parts in this study: control and mechanism. In the control part, we constructed a control system of layered type, composed of plural MCS-51 chips. This system adopted inexpensive and accessible AT89S52 chips as the central processor unit, and triggered multiple sub-controlled chips simultaneously with a single controller chip, thus achieved synchronous control. In addition to the low cost, another important characteristic of this schem is its easy-to-modularization. Therefore, it becomes more convenient to extend the quantity of actuators and to acquire accurate synchronous output. In the mechanism part, This study will use the synchronous control system in the mechanism that designed for the elderly and patients with Parkinsin’s disease. Through the advantages of the synchronous system, we hope to achieve faster response speed and provide users with faster security protection. The results show that after using the synchronous control system of this study, can make the mechanism movement speed increase 21 %, and make the extra movement space only 0.3 %.
中文摘要…………………………………………………………………………..i
英文摘要…………………………………………………………………………..ii
致謝………………………………………………………………………………..iii
目錄………………………………………………………………………………..iv
表目錄……………………………………………………………………………..viii
圖目錄……………………………………………………………………………..ix
符號彙編…………………………………………………………………………..xiii
第一章 導論……………………………………………………………...……….1
1.1 前言與文獻探討.……………………………………………………...……1
1.1.1輔助支撐工具……………………………………………………....……2
1.1.2馬達的同步控制系統………………………………………………...….5
1.2研究動機與目的……………………………………………………….…….9
1.3論文架構概述……………………………………………………………….10
第二章 實驗原理………………………………………………………...……….11
2.1 8051單晶片微處理器………………………………………………………11
2.1.1 Atmel之51系列………………………………………………….………11
2.1.2 Atmel89S52之基本電路………………………………………………..14
2.2 PWM控制方法……………………………………………………………...16
2.2.1 PWM原理……………………………………………………………......16
2.2.2 PWM應用方法…………………………………………………………..17
2.3 馬達………………………………………………………………………….18
2.3.1 直流馬達的工作原理……………………………………………………19
2.4 Keil C程式語言……….……………………………………………………..20
2.4.1 Keil C語言的基本架構…………………………………………………..20
2.4.2 Keil μvision 5整合開發環境…………………………………………….22
第三章 實驗方法…………………………………………………………………..25
3.1 實驗流程……...……………………………………………………….……..25
3.2 機構設計………………...........................................................................26
3.2.1 組裝……………………………………………………………………….27
3.2.2 尾端避震………………………………………………………………….28
3.2.3 使用者穿戴安裝………………………………………………………….29
3.3 模式生成...…………………………………………………………………...31
3.3.1 標準序列控制模式……………………………………………………….32
3.3.2 序列改良控制模式……………………………………………………….34
3.3.3 同步控制模式…………………………………………………………….35
3.4 多馬達同步控制實驗……………………………...………………………...37
3.4.1 直流馬達………………………………………………………...……….38
3.4.2 主控制單晶片…………………………………………………………….39
3.4.3 次控制單晶片…………………………………………………………….40
3.4.4 馬達控制電路…………………………………………………………….40
3.4.4.1 數位類比轉換器…………………………………………………..….41
3.4.4.2 電壓放大器………………………………………………………..….41
3.4.4.3 電流放大氣………………………………………………………..….42
3.4.4.4 繼電器與馬達……………………………………………………..….42
3.4.5 L298N驅動器…………………………………………………………….43
3.4.6 實驗架構………………………………………………………………….45
3.5 PWM控制實驗…………..…………………………………………………..46
3.5.1 PWM輸出驗證實驗……………………………………………………...46
3.5.2 直流馬達轉速量測……………………………………………………….47
3.5.2.1 霍爾編碼器………………………………………………….….........48
3.5.2.2 Arduino撰寫………………………………………………..…….......50
3.6編碼器驗證實驗…………………………………………………………..…..52
3.6.1 紅外線轉速器…………………………………………………….……….52
3.6.2 馬達編碼器…………………………………………………….………….54
3.6.3 待測物……………………………………………………………….…….54
3.6.4 實驗設備架設……………………………………………………….…….56
第四章 實驗結果…………………………………………………………….……..57
4.1 多馬達同步控制結果…………………………………………………….…..57
4.1.1 以巨觀驗證同步控制系統…………………………………………....….57
4.1.2 以微觀驗證同步控制系統………………………………………..…..….58
4.2 PWM控制結果…………………………………………………………….…59
4.2.1 PWM輸出驗證實驗結果………………………………………………...59
4.2.2 直流馬達轉速量測結果……………………………………………....….66
4.3 編碼器驗證結果………………………………………………………….......68
4.4 機構實例驗證結果……………………………………………………….......69
4.4.1 操作空間……………………………………………………………….….70
4.4.1.1 模式1-標準序列控制模式………………………………………........70
4.4.1.2 模式2-序列改良控制模式………………………………………........71
4.4.1.3 模式3-同步控制模式……………………………………………….....71
4.4.2 操作時間…………………………………………………................…....72
4.4.3 結果比較……………………………………………………....................75
第五章 結論與未來展望……………………………………………………….…..77
5.1 結論……………………………………………………………………..…….77
5.2 未來展望…………………………………………………………………..….78
參考文獻……………………………………………………………………….......79

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