室内攀岩机控制设计.docVIP

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室内攀岩机控制设计.doc

室内攀岩机控制设计   摘要:通过对室内攀岩机的运动分析,给出了攀岩机控制系统方案,设计了液晶显示、按键输入、语音输出、电机驱动、红外检测及岩壁限位等模块的硬件电路,利用单片机控制攀岩壁的机械安装角度和攀岩面的运动速度,调节运动的难易程度,适应不同的使用群体,让室内攀岩成为了可能。   关键词: 室内攀岩机; 人工岩壁; 攀爬; 极限运动   中图分类号:G712 文献标识码:A   Control design of indoor rock climbing machine   Liu Jiali,Wang Wanxin   (School of Mechanical and Electronical Engineering, Dezhou University, Dezhou Shandong 253023, China)   Abstract: Through the movement analysis of indoor rock climbing machine, the paper proposes the rock climbing machine control system plan, in which the LCD display, button input, speech output, motor drive, infrared detection and rock limit module hardware circuit. Using single chip micro- computer to control the mechanical installation angle of rock climbing wall and the climbing surface velocity, adjusting the difficulty of movement, the fruits apply to different user groups, so it is possible to realize let indoor rock climbing.   Key words: indoor rock climbing machine; artificial rock; climbing; extreme sports   0 引言   受地理环境和参与者自身条件等客观因素制约,攀岩运动虽然受到一些年轻人的热诚追捧,但却一直并未形成普及态势[1],而室内攀岩设施却因为空间限制且所需投资巨大,迄今仍远不能满足大多数人的现实需求。在经过对攀岩运动的详尽分析后,研究开发了一款类似于跑步机的室内攀岩机,将原本固定的攀岩壁设计为往复循环的攀岩面,人在向上攀爬的同时岩面下降,解决了空间制约问题;通过攀岩壁倾斜角度的调整,模拟了自然环境下不同难度的攀岩路线;而且利用单片机控制攀岩面的运动速度,调节攀爬运动节奏,适应于不同使用者,使攀岩运动进入家庭成为了可能。   1 攀岩机结构分析   室内攀岩机结构如图1所示,攀岩机的岩面由步进电机经同步带驱动往复循环,即人在岩面上向上爬行的同时,岩面不断下降,攀爬过的岩面循环使用,这样解决了室内空间受限问题,使室内攀岩的可行性大幅提升。攀岩壁倾斜角度由电动机通过螺旋机构和滑块摇杆机构控制,改变倾斜角度来模拟不同难度的攀岩路线。通过单片机控制攀岩面运动速度改变攀爬节奏,增大了运动的挑战性和刺激性。   安全设计方面,首先攀岩机的高度有限,危险性降低。其次,岩面运动由步进电动机通过同步带驱动,步进电机具有上电锁紧特性,不会出现攀岩面因攀岩者重力作用下降的问题,改良了运动稳定性。最后,采用直流电机驱控螺旋机构带动滑块平移,通过滑块摇杆机构来实现岩壁角度调整,螺旋传动结构具有运动不可逆特点,保证了岩壁角度在意外断电情况下的稳定性。   2 攀岩机控制系统总体方案   室内攀岩机的控制系统组成如图2所示,主要包括:单片机控制核心、液晶显示、按键输入、语音输出、电机驱动、红外检测及岩壁限位检测等功能模块。攀岩机工作模式规划、并标命为4种:初级、中级、高级和自由练习,模式不同对应岩面移动速度和攀爬时间也随即不同。其中,自由练习模式为攀岩面移动速度和练习时间由使用者自行调控及设定。   3 系统硬件设计   3.1 单片机选择   单片机控制核心采用STC89C52RC单片机,引脚如图3所示。该单片机具有4个外部中断、3个定时器/计数器,1个串口中断源,还有32个通用I/O口,能够满足系统的要求[2]。P0 口是漏极开路输出,作为I/O口用时,需添加上拉电阻。通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)还可直接下载用户程序,因而无需专用编程

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