电动车跷跷板设计.doc

电动车跷跷板 摘要 该电动车以凌阳SPCE061A作为控制及数据处理的核心，通过传感器检测、控制电动车电机的快慢、启停。电动车可以在跷跷板上自动寻找平衡点，并具有实时显示电动车行驶时间及任务完成之后自动播报从起始端自动行走到末端及返回所需时间或从起始端自动行走到电动车保持平衡所需时间。 关键字：SPCE061A 倾角传感器 光电传感器 PWM 一、方案设计与论证 本项目按设计要求可分为五部分，分别为控制模块、循迹模块、平衡检测模块、电机驱动模块、显示模块，如图1所示。 图1 系统模块框图 （一）控制模块 方案一：采用AT89C51系列单片机作为控制的核心。51单片机按单纯的控制和数据处理是比较经济实惠的，但本项目触及到A/D转换和PWM控制，如果要具备这两个功能必须要有专用的A/D芯片和PWM控制电路，这无疑是提高了成本。 方案二：采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制的核心。SPCE061A具有10位A/D转换和PWM控制功能，且具备语音播报功能，使作品更加智能化。 综上分析，选择方案二。 （二）平衡检测模块 方案一：采用水银开关检测跷跷板平衡点。其内部是由两根导线组合而成，只要当水银流动到导线的两端即水银把两根导线短接在一起。但当跷跷板平衡时，有可能水银开关还未闭合，可靠性不高。 方案二：采用Accu StarⅡ倾角传感器检测跷跷板平衡点。此倾角传感器是通过改变角度来改变其输出电压，具有良好的线性变化，如图2所示，通过读取输出电压的值来控制小车的速度，有助于电动车找到平衡点。 因此选择方案二。 （三）电机驱动模块 方案一：采用分立元件构成的H桥式电机驱动电路。该驱动电路的优点是成本低，缺点是电路制作比较麻烦，可靠性不高。 方案二：采用L293D驱动电机。使用该芯片驱动的好处是在额定的电压和电流内使用非常方便可靠引导线 图3 系统电路连接图 （一）光电检测电路设计 我们设计的光电对管检测及调理电路，采用了比较器。电路原理图如下图4所示： 图4 光电对管检测电路图 在图4中，可调电阻R3可以调节比较器的门限电压，经示波器观察，输出波形相当规则，可以直接够单片机查询使用。 而且经试验验证给此电路供电的电池的压降较小。因此我们选择此电路作为我们的传感器检测与调理电路。 （二）寻迹光电传感器的安装 根据设计要求，本次电动车设计用6个光电传感器来完成要求，车头和车尾分别有3个传感器，用来校正电动车的寻迹路线 ，保证电动车前进和后退直线行走。传感器安装位置如图5所示： a)车头传感器 b) 车尾传感器 图5 传感器安装示意图 （三）PWM电机驱动模块 通过驱动电路控制电机的正转和反转，实现电动车的前进和倒退。本设计采用L293D作为驱动芯片，驱动电路设计如图6所示： 图6 L293D电机驱动电路图 PWM电机驱动控制原理：当L293D的EN1、EN2的输入PWM脉宽相同，IN1—IN4的输入信号分别为1010，则电动车前进，若为0101则电动车后退。当小车偏离引导线—IN4的输入信号不变，如电动车左偏离引导线 图7 由于Accu StarⅡ倾角传感器反应较缓慢，所以电动车需前进0.5秒暂停1—2秒。 三、软件设计 （一）主程序流程图 我们设计软件的主流程图如图8所示。 图8 主程序流程图 （二）IRQ6中断服务子函数流程图 IRQ6中断的作用是保证电动车直线前进、后退，判断跷跷板是否保持平衡，以及控制电动车的启停快慢。具体流程图如图9. 图9 四、测试说明 （一）测试指标 将设计题目所要求的各基本功能和发挥部分进行分项测试。 （二）测试仪器 卷尺：量程3.5m。 秒表 （三）基本功能测试 基本功能分两部分测试：（1）从起始端自动行走到末端及返回所需时间；（2）从起始端自动行走到小车保持平衡所需时间。跷跷板长为1600mm,电动车长为235mm，则电动车实际行走距离1365mm。表1为多次测试的纪录（在不加重物的情况下）。 （1） （2） 测试次数 起始端到末端 返回 起始端到平衡点 1 12.50s 10.75s 45.30s 2 12.05s 10.51s 18.75s 3 11.94s 10.63s 20.30s 五、结束语 经过了20天的努力，基本要求和发挥部分都已基本实现，虽然在完成的过程中困难重重，有很多问题以前都没遇到过。例如在电动车寻找平衡点时需要时走时停，当在中断用一般的延时程序时（while语句循环延时）发现会影响计时中断（中断级别比前者高），在老师的指导和自己的思考下才解决了这个难题。这次项目虽然基本完成，但还有很多需要改进的地方，如果改善了这些地方，相信这个项目将会更