[发明专利]一种旋转倒立摆控制实验系统及控制方法

摘要

本发明涉及一种旋转倒立摆控制实验系统及控制方法。现有倒立摆控制系统价格昂贵，且多为老师所用，学生使用率低。本发明包括控制器、电机驱动模块、角度测量模块、PC机串口通信接口、电源模块和PC机，主控制器通过CH341串口接口与PC机连接，主控制器包括CH341串口接口、MCU模块、直流电机、LM298驱动模块、高精度电位器、LM3150电源芯片，主控制器中的MCU模块的I/O接口与CH341串口接口、直流电机、PC机、LM298驱动模块和高精度电位器连接。本发明具有可操作性、操作简单、安全性高、成本低的优点。

主权项

一种旋转倒立摆控制实验系统，包括电位器测角度模块、控制驱动模块、角度监控模块；其特征在于：电位器测角度模块使用型号为WDD35D‑1的测角度模块，系统工作时将摆杆的角度通过电位器测角度模块转换为电压值得变化，然后传送给控制驱动模块进行处理；控制驱动模块包括串口通信电路、MCU控制电路、功率放大电路；角度监控模块包括角度显示单元和参数设定单元；电位器测角度模块的1脚与MCU控制电路的GND相连，2脚与MCU控制电路的PA4脚相连，3脚与MCU控制电路的VCC相连；串口通信电路的RXD脚与MCU控制电路的PA9脚相连，串口通信电路的TXD脚与MCU控制电路的PA10脚相连；功率放大电路的ENA脚与MCU控制电路的PB0脚相连，功率放大电路的IN1脚与MCU控制电路的PD4脚相连，功率放大电路的IN2脚与MCU控制电路的PD5脚相连；功率放大电路的OUT1和OUT2与电机的正负端相连；角度显示单元和参数设定单元通过一根USB串口线与串口通信电路的USB接口相连；串口通信电路包括第一USB转串口芯片U1、USB接口、第一晶振Y1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4；所述的第一USB转串口芯片U1型号为CH341；第一USB转串口芯片芯片U1的6脚与第一电容C1的一端相连接，第一电容C1的另一端接地；第一USB转串口芯片芯片U1的7脚与USB接口的D+脚相连接，8脚与USB接口的D‑脚相连接；第一USB转串口芯片U1的9脚同时与第四电容C4的一端、第一晶振Y1的一端相连接，第四电容C4的另一端与第一USB转串口芯片U1的19脚相连接并接地；第一USB转串口芯片U1的10脚同时与第一晶振Y1的另一端、第三电容C3的一端相连接，第三电容C3的另一端接地；第一USB转串口芯片U1的13脚与第一USB转串口芯片U1的20引脚、第二电容C2的一端相连接并同时接5V电压；第一USB转串口芯片U1的11脚与第一USB转串口芯片U1的12脚、第二电容C2的另一端相连接并接地；USB接口的VCC脚接5V电压，两个SHELL脚相互连接，GND脚接地；第一USB转串口芯片U1的1脚、2脚、5脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚架空；MCU控制电路包括第二芯片U2，所述的第二芯片U2的第68脚和69脚分别与第一USB转串口芯片U1的4脚和3脚相连接；第二芯片U2的6脚、11脚、21脚、22脚、28脚、50脚、75脚和100脚接3.3V电压；第二芯片U2的10脚、19脚、20脚、27脚、49脚、74脚和99脚均接地；第二芯片U2文中未提到的其他引脚皆架空；所述的第二芯片U2是整个控制驱动模块的核心控制芯片，是基于32位的ARM Cortex‑M3处理器STM32F103VBT6， 功率放大电路包括的电机驱动芯片U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一接口器J1；电机驱动芯片U3的1脚接地，2脚同时与第一二极管D1的正端和第五二极管D5的负端相连并与第一接口器J1的一个引脚连接，3脚同时与第二二极管D2的正端和第六二极管D6的负端相连并与第一接口器J1的另一个引脚连接，第13引脚同时与第三二极管D3的正端和第七二极管D7的负端相连，第14引脚同时与第四二极管D4的正端和第八二极管D8的负端相连， 8脚、15脚同时与第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8的正端相连并接地；4脚与第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的负端连接并接12V电源，9脚与5V电源相连，5脚与第二芯片的85脚相连，7脚与第二芯片的86脚相连，6脚与第二芯片的35相连， 6脚与第二芯片U2的35脚相连接；其余的引脚均浮空；所述的电机驱动芯片U3型号为LM298；第一接口器J1型号为301‑2P接线端子。