基于虚拟仪器和单片机的机电控制系统设计与实践

机电系统控制工程作为二十一世纪的重要科学技术之一，涵盖了机械、控制、电子、计算机、通信等诸多领域，已成为我国科技新时代发展中不可或缺的重要组成部分。特别是在工业4.0、新工科建设的时代大背景下，机电一体化控制无论是在智能制造还是智能产品中都发挥着越来越重要的作用，其涉及的产品小到玩具，大到机器人，都具有远大的发展前景。 本书主要介绍分别应用LabVIEW和Arduino平台的相关机电系统的设计和控制的实例，是机电一体化、电子与通信技术等专业的实用技术参考书籍。

本书主要探讨当下流行的虚拟仪器和单片机的应用，主要介绍分别应用虚拟仪器平台和Arduino平台的相关机电系统的设计和控制的实例，全书分为上、下两篇。上篇主要介绍基于虚拟仪器的控制系统的建模与仿真、控制系统典型环节的实验分析、数字量、模拟量端口实验、温度PID控制、电动机控制系统仿真、网络通信实验等内容。下篇主要介绍了应用Arduino平台开发的轮式小车设计、机械臂设计、双足机器人设计、蓝牙通信与WiFi视频传输技术、虚拟仪器和Arduino的互动通信控制设计、基于Arduino和Andriod平台的控制系统设计等内容。 本书可作为工程技术人员和科技工作者学习设计虚拟仪器和单片机的自学用书，也适合作为高等学校机电一体化、电子、通信、自动化、机械、测控技术与仪器、测试计量技术、计算机、信息技术等专业的教学参考书。

上篇基于虚拟仪器平台的机电控制系统设计与实践
第1章数控系统的建模与仿真/002
1.1数学模型的创建2
1.1.1传递函数模型的创建3
1.1.2状态空间模型的创建及转换4
1.2系统时域分析及根轨迹分析7
1.2.1时间响应7
1.2.2系统的根轨迹分析9
1.3系统频率特性分析10
1.4控制系统的稳定性分析13

第2章控制系统典型环节的实验分析/015
2.1实验器件15
2.2时域实验分析17
2.3频域特性分析20

第3章数字量、模拟量端口实验/024
3.1彩灯控制设计24
3.2液位测量与控制27

第4章温度PID控制/029

第5章电动机控制系统仿真/033
5.1步进电动机控制系统仿真33
5.1.1步进电动机的数学模型34
5.1.2增量式PID控制器37
5.1.3仿真实验38
5.2交流电动机仿真39

第6章网络通信实验/042
6.1浏览器方式42
6.2DataSocket(DS)技术43
6.3TCP/IP方式45

下篇基于Arduino平台的机电控制系统设计与实践
第7章轮式小车设计/048
7.1三轮型小车结构48
7.2三轮型循迹小车硬件系统设计49
7.2.1硬件模块介绍50
7.2.2硬件系统设计52
7.3三轮型小车的运动分析与调试55
7.3.1运动分析55
7.3.2智能小车运行调试57
7.4三轮型小车系统程序设计58
7.5四轮型小车63
7.5.1四轮型小车的结构63
7.5.2四轮型小车循迹系统设计63
7.5.3四轮型小车循迹系统的程序设计65
7.5.4四轮型小车循迹模块的安装调试步骤67

第8章机械臂设计/069
8.1机械臂机构设计69
8.2机械臂的运动分析72
8.3机械臂的控制系统程序设计74
8.4机器人整体结构设计76

第9章双足机器人设计/079
9.1双足机器人结构及自由度分配79
9.2双足机器人硬件设计81
9.2.1舵机控制器81
9.2.2红外线数字避障传感器具体应用说明82
9.2.3电源模块83
9.3机器人步态分析与调试85
9.3.1机器人步态分析85
9.3.2机器人步态调试87
9.4双足机器人控制系统设计91
9.4.1控制系统设计方案91
9.4.2程序设计92
9.5机器人避障实验101

第10章蓝牙通信与WiFi食品传输技术/102
10.1蓝牙无线通信102
10.1.1蓝牙无线通信模块102
10.1.2蓝牙模块实验104
10.2WiFi视频传输实验107
10.2.1WiFi视频传输系统介绍107
10.2.2视频传输实验108

第11章LabVIEW与Arduino的互动通信控制设计/111
11.1LabVIEW interface for Arduino机械臂舵机自动运行设计111
11.1.1LabVIEW interface for Arduino函数介绍111
11.1.2机械臂LabVIEW interface for Arduino程序113
11.1.3机械臂舵机LabVIEW interface for Arduino调试程序114
11.2VISA串口函数的舵机控制115
11.3VISA串口函数的移动机器人控制124
11.4VISA串口函数的双足机器人控制125
11.4.1系统设计方案125
11.4.2程序框图设计126
11.4.3Arduino下位机程序设计132
11.4.4系统实验137

第12章基于Arduino和Android平台的控制系统设计/141
12.1蓝牙寻找器141
12.1.1系统设计思路142
12.1.2硬件组成142
12.1.3软件设计流程144
12.1.4软件程序介绍144
12.1.5操作步骤146
12.2物联网车位引导系统147
12.2.1系统设计思路148
12.2.2硬件组成148
12.2.3软件设计流程149
12.2.4操作步骤151

附录A三轮型小车循迹行进程序/154

附录B机械臂四舵机动作控制程序/158

附录C双足机器人源程序/161

参考文献166