本文關鍵詞：基于Arduino的機電控制CAI系統(tǒng)開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文提出了一種新型的機電控制CAI系統(tǒng),通過對Arduino硬件系統(tǒng)和軟件開發(fā)環(huán)境的分析研究,把基于Arduino的機電控制引入到CAI系統(tǒng),設計了一種可供機電專業(yè)課程教學使用的CAI系統(tǒng)。對于Arduino使用者來說,改變了傳統(tǒng)的更新軟件就得重復燒寫flash的模式,該系統(tǒng)能夠通過Arduino自帶的串口監(jiān)視器實現(xiàn)人機交互,操作簡便,運行穩(wěn)定。該系統(tǒng)讓初學者能夠更快更容易的學習,大大激發(fā)了學生的學習興趣,將Arduino引入機電專業(yè)課程教學提高了教育、教學的質(zhì)量,增進了教育的效率,并且取得了良好的課堂教學的效果。本文的主要研究內(nèi)容可以概括為以下幾個方面:通過對機電系統(tǒng)CAI進行需求分析,提出了CAI系統(tǒng)的整體架構,闡述了Arduino終端解釋程序的總體設計方案。通過對Arduino硬件以及軟件開發(fā)環(huán)境的介紹以及Arduino內(nèi)核程序的解讀,根據(jù)有限狀態(tài)機的原理設計并實現(xiàn)了命令解釋器。對Arduino串口通訊協(xié)議和功能庫的調(diào)用接口進行設計開發(fā),實現(xiàn)了對數(shù)字端口的高電平/低電平進行讀取和寫入,對模擬端口進行PWM波的寫入,對Arduino進行既定脈沖數(shù)的寫入,滿足了機電專業(yè)課程教學要求的大部分功能。對于更加復雜的使用環(huán)境,本文提出了基于Arduino的多任務控制并設計了一種可靠的安全的混合式調(diào)度器使其得以實現(xiàn)。通過對合作式調(diào)度器和搶占式調(diào)度器特性的分析,提出了一種兼具以上兩種調(diào)度器優(yōu)勢的混合式調(diào)度器。對混合式調(diào)度器的各組成部分包括調(diào)度器數(shù)據(jù)結構、初始化函數(shù)、中斷服務程序、添加任務函數(shù)、調(diào)度任務函數(shù)以及刪除任務函數(shù)進行了詳細的闡述。完成了添加任務和刪除任務的串口通信協(xié)議的設計,實現(xiàn)了多任務的人機交互,使CAI系統(tǒng)能夠應用到更加廣泛的領域。針對CAI系統(tǒng)機電控制應用層展開設計,通過對對步進電機和舵機的硬件系統(tǒng)組成和原理的分析,對步進電機和舵機串口通信協(xié)議進行了設計,可以實現(xiàn)對步進電機方向、位置和速度的控制以及對舵機旋轉(zhuǎn)角度的控制。在步進電機的位置控制中設計了脈沖計數(shù)器,可以通過位置查詢命令查詢電機的位置,也可以通過位置歸零命令對脈沖計數(shù)器清零。該系統(tǒng)可以快速移植到智能移動機器人、3D打印機等機電設備中,這對于將Arduino引入機電專業(yè)課程教學具有重要的意義。
【關鍵詞】：Arduino CAI 功能庫 多任務
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH-39;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意義12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 CAI的起源及發(fā)展12-14
• 1.2.2 Arduino的發(fā)展及應用14-18
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 機電系統(tǒng)CAI需求分析20-25
• 2.1 機電專業(yè)實踐教學存在的問題20-21
• 2.2 CAI系統(tǒng)硬件設備介紹21-22
• 2.3 用戶需求分析22-23
• 2.4 功能需求分析23-24
• 2.5 本章小結24-25
• 第三章 CAI系統(tǒng)的架構設計25-34
• 3.1 系統(tǒng)總體方案設計25-26
• 3.2 系統(tǒng)的工作機制26
• 3.3 命令解釋器的設計26-29
• 3.4 功能庫的設計29-30
• 3.5 Arduino開發(fā)平臺30-33
• 3.5.1 Arduino硬件開發(fā)平臺30-31
• 3.5.2 Arduino的軟件開發(fā)環(huán)境31
• 3.5.3 Arduino基本語言概述31-33
• 3.6 本章小結33-34
• 第四章 基于串口的應用層通訊協(xié)議設計34-40
• 4.1 串口通信協(xié)議34
• 4.1.1 串行通信接口的基本任務34
• 4.1.2 通信協(xié)議34
• 4.2 應用層協(xié)議的設計34-35
• 4.3 通信協(xié)議舉例35-39
• 4.4 本章小結39-40
• 第五章 CAI系統(tǒng)的多任務設計與實現(xiàn)40-55
• 5.1 CAI系統(tǒng)的多任務控制40
• 5.2 任務調(diào)度器40-42
• 5.2.1 合作式調(diào)度器和搶占式調(diào)度器40-41
• 5.2.2 混合式調(diào)度器41-42
• 5.3 任務調(diào)度的實現(xiàn)42-50
• 5.3.1 混合式調(diào)度器的組成42-43
• 5.3.2 調(diào)度器數(shù)據(jù)結構以及任務隊列43
• 5.3.3 初始化函數(shù)43-45
• 5.3.4 刷新函數(shù)45-46
• 5.3.5 添加任務函數(shù)46-48
• 5.3.6 調(diào)度任務的函數(shù)48
• 5.3.7 調(diào)度器的其他功能48-50
• 5.4 多任務控制實驗測試50-53
• 5.5 調(diào)度器的可靠性和安全性53-54
• 5.6 本章小結54-55
• 第六章 CAI系統(tǒng)應用舉例55-66
• 6.1 步進電機的控制55-62
• 6.1.1 步進電機硬件系統(tǒng)55-58
• 6.1.2 步進電機控制系統(tǒng)實驗58-62
• 6.2 舵機的控制62-65
• 6.2.1 舵機工作原理62-64
• 6.2.2 舵機控制系統(tǒng)實驗64-65
• 6.3 本章小結65-66
• 第七章 總結與展望66-68
• 7.1 研究總結66-67
• 7.2 未來展望67-68
• 參考文獻68-72
• 攻讀學位期間的研究成果72-73
• 致謝73

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本文編號：352868