电动车跷跷板详解.doc

目录 摘 要 2 2 方法设计与论证 2 2.1 总体方案描述 2 2.2 控制器模块的比较和论证 3 2.3 电机模块的比较和论证 3 2.4 显示模块的比较和论证 3 2.5 循迹模块的比较和论证 3 2.6 倾角测量模块的比较和论证 4 2.7蜂鸣器的比较和论证 4 2.8上板方案的比较和论证 4 3 系统硬件、软件的实现 5 3.1 硬件实现 5 3.1.1 单片机 5 3.1.2 显示模块电路 6 3.1.3 倾角测量模块电路 6 3.1.4 循迹模块电路 7 3.1.5 蜂鸣器电路 7 3.2 软件实现 8 3.2.1 程序流程图 8 3.2.3算法 10 4 系统测试 10 4.1基本部分测试结果 10 4.2 发挥部分测试结果 10 5 总结 10 参考文献 12 附 录 13 附录1：原理图 13 附录2：算法程序 14 电动车跷跷板的设计与制作 摘 要 为适应跷跷板的特殊情况，进而实现在有配重的情况下均能在规定的时间内达到平衡状态。本设计以MSP430F149单片机为控制核心，通过舵机控制电动车行进与停止，通过红外光电传感器来确定行进路线，通过倾角传感器控制跷跷板平衡，通过LCD液晶显示来显示时间、角度等参数。 关键词：MSP430F149、倾角传感器、跷跷板 1引 言 本设计较好地解决了电动车在翘翘板上的运行和平衡问题，通过红外光电检测、角度测量机电机驱动在跷跷板上实现了在不同情况下的自动寻找平衡点的功能。 2 方法设计与论证 2.1 总体方案描述 整个系统分为控制部分和信号检测部分。控制部分包括显示模块、控制模块和电机驱动模块三个部分。信号检测部分由循迹模块及倾角测量模块组成。循迹模块用以检测黑线从而引导电动车在跷跷板上运动以及初步寻找到C点附近。倾角测量模块用以测量跷跷板的倾角，将数据传输到控制模块（MSP430F149）来判断是否平衡进而对舵机发出指令来最终找到平衡点。 图2.1 系统框图 方案一：51系列单片机是体积小，低功耗，控制能力强，扩展灵活，使用方便但是其运行速度很慢，（因为是CISC（集中指令）结构，而且芯片为了抗干扰采用了12分频的方法） 方案二相比较之下选择方案二 2.4 显示模块的比较和论证 方案一：12864液晶显示，12864不仅能显示数字符号，还能显示汉字与图形，操作方法与其他液晶显示相似。但其体积较大，不适于用在此系统中。 方案二采用02液晶显示 相比较之下选择方案二 2.5 循迹模块的比较和论证 方案一摄像循迹 方案二：红外循迹，相比于摄像循迹其电路设计相对简单、检测信息速度快、成本低。不过容易受外界光线干扰。在此系统中红外循迹能够满足系统要求。 相比较之下选择方案二 2.6 倾角测量模块的比较和论证 方案一倾角传感器感应倾斜偏差角度的，将数据反馈给 方案二陀螺仪传感器测量角速度的，感应动作变量，进而控制舵机进行修复动作命令。相比于倾角传感器陀螺仪传感器 2.7蜂鸣器的比较和论证 方案一：无源蜂鸣器无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的方波去驱动它便宜声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果在一些特例中，可以和LED复用一个控制口 方案二：有源蜂鸣器，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫并且程序控制方便 相比较之下选择方案二 2.8上板方案的比较和论证 方案一：利用给定的黑线让其自由上板，示意图如图2.1所示。其缺点在于由于扇形面积有限，如果对其进行轨迹线分布时会造成多条轨迹线相交，使其传感器无法判别，并且易受外界的干扰。但其原理控制简单。 图2.2 上板方案一原理图 方案二采用两个红外对管对齐扇形边界进行检测结构物如图所示当其左边红外对管检测到黑线时其向右转并进行 图2.3 上板方案二原理图 综上所述选取方案二 3.1 硬件实现 3.1.1 单片机 本作品用的MSP430F149最小系统电路如图31所示。 图 3.1.2 显示模块电路 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。 图3.2 LCD1602电路图 3.1.3 倾角测量模块电路 图3.3为倾角传感器块电路图。加速度計选用Analog Device（亚德诺半导体）公司的ADXL345，该传感器是一款三轴数字加速度传感器，其感应精度可达3.9mg/LSB，倾角测量典型误差小于1°，且感知加速度的最大范围是 16g。具有超低功耗、采样速率可调、测量模式可调等特点。在实际使用过程中，一般设置感应范围为 2g，