2013年电子设计大赛论文要点分析.doc

1．系统方案 1.1系统设计与结构框图  1.2方案论证 电源模块： 12v和5V的开关稳压电源 电磁铁选择 方案一：采用0.5mm的漆包线，铁芯的直径一厘米，绕成后直径不超过2cm（需要7个）。 方案二：采用DC12V 直径2cm吸盘式电磁铁（需要7个圆弧形排列） 自制电磁铁的规格不好控制，计算的理论值与实际值误差太多。例如：不能保证每个电磁铁提供过磁力相同 ，给单片机控制摆角带来很大的麻烦；7个相同的吸盘式电磁铁规格比较符合利于单片机控制可以大大的提高精确度故选择方案二。 摆杆与底盘选择：摆杆选择粗细均匀的木棒，木棒的质量要轻，在摆杆的末端固定永磁磁铁；底盘设计为弧形（直径为15.5cm的圆弧）并在弧内装有均匀分布的电磁铁；利用同极性相斥原理给电磁铁加电推动摆杆运动。 角度检测模块 方案一：采用Angtron-RE2j-V旋转编码器作为系统中的角度传感器，该 角度传感器灵敏度高、测量误差小、使用环境范围广、输出为数字信号不需A/D转换，但该型传感器价格较高、且易损坏； 方案二：线性角度电位器传感器“SAKAE”测量偏差5%阻值100-501K功率2W，该款传感器测量偏差大、功耗大、并且相对运动产生摩擦影响帆板转动对系统精度产生极大影响； 方案三：采用ScA60CN1000060角度传感器，该款传感器构造简单，外围电路极简测量原理是内置绝缘介质随芯片额角变化而与上下极板距离改变的电容，该变化引起电容上电压的变化，该电压信号经内部放大器放大输出，输出的电压值与角度的关系式为：sine=(2 0- v)，2，该款传感器具有功耗低、测量灵敏度高的特点，是首选器件采用方案三。 显示模块 Nokia5110 LCD显示屏速度快，清晰，能及时反映显示摆杆的角度值和周期等 键盘模块 通过键盘扫描程序来判断我们需要摆杆的角度使键盘能调节我们的摆杆在10°--45°之间摇摆 1.3实现方法 通电后利用。 系统理论分析 2．1微处理器的选择 本设计选用了TI公司所生产的MSP系列单片MSP430F149。 目的是应用其丰富的接口资源和强大的定时器功能，MSP430F149的性能特点如下： ①6个八位并行接口；完全可以实现该系统所有信号的输入、输出，无须硬件扩展，其中P1、P2八位并行端口的每根口线都具有中断功能，使键盘的软、硬件设计变的非常简单。 ②12位A/D转换器ADC；完成模拟设定功能。 ③强大的定时器功能；TIMER-A3、TIMER-B7分别为带有3个和7个捕捉/比较寄存器的16位定时器，可以满足系统速度的设定及曲线定时的要求。 ④液晶驱动模块； ⑤内置2KB RAM、60KB的FLASH； MSP430F149所提供的丰富资源，外围硬件扩展只需做很少的工作，不仅设计变得非常简单，而且该控制器体积小、可靠性高。 光电传感器 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 漫反射型光电开关 是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当电开关有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。 角度测量与分析 角度的测量我们是定义摆杆竖直角度传感器为0度，故摆杆绕 轴旋转的角度度就等于角度传感器的倾斜角，从而监视的θ角：建度测量采用 N1000060型角度传感器，它有非常好的线性度，和非常高的精准度，当其 在水平的位置时，输出电压为基准电压2 .5V，每沿所能识别的角度的方向移动个 角度时就会产生个与Z对应的电压值，并成线性关系。采用VSP430Fl49单片机的 内置12位ADC在角度传感器采集的每个电压值都对应这个角度值并在LCDl2864 上做相应的显示：θ=arcsin(2.5- v)/2．要注意的是，调用math.h中的arcsin函数 进行计算时，得出是弧度，还应转换为角度，角度与弧度之间的关系为：角度=弧 度*180/π，即θ=arc（Sin(2.5- v)/2)*180/π 电路与程序设计 3.1.1电磁铁驱动电路设计 第一种：用达林顿管驱动电磁铁，遇到的问题是驱动电压和驱动电流达不到工作要求 第二种：用L298内部为双H桥，及控制电路，