南京航空航天大学2013电子电路设计比赛试题 D非匀速(随机)运动木棒长度计量装置.pptx

第八届电赛经验交流会 非匀速（随机）运动木棒长度计量装置 （D题） 高级组 任务 基本要求 （1）具有非匀速运动木棒单个长度、个数、累计长度的显示功能； （2）具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的语音播报； （3）长度测量误差≤0.5cm。 （4）具有运动木棒方向显示功能，A端到B端。并能够换算成公制、英制等功能，如公制应有毫米、厘米、米转换等。 发挥部分 （1）具有数据的存储、回放、显示功能； （2）长度测量误差≤0.2cm； （3）具有木棒反方向运动从B端到A端的计量功能，实现相应长度、个数扣除； （4）具有随机长度（不规则断面）扣除功能。 （5）创新性。 系统硬件结构 滑槽 传感器 单片机 语音播报 键盘 显示 滑槽 1．棒体采用直径约3厘米的拖布杆制成，长度5~20cm。 2．滑槽采用水平放置，表面光滑，长度约为100cm。 自制，并考虑到传感器的安装 传感器 目的：测距 要求：精度尽可能高，测量尽可能方便 分类： 模拟光栅尺 超声波测距 光测距 模拟光栅尺 器件：红外对射管、普通避障模块 模拟光栅尺 优势：成本低，测量简单 劣势：使用大量红外对射管（推荐直径3mm的，0.5cm间距，40个），精度低，占用大量IO口。需要使用相应的锁存芯片如74hc573、电压比较芯片如LM339等。 模拟光栅尺 总结： 传感器数量多，建议自制。 为保证安装位置准确，对制作要求高。如可使用薄木板作为安装板，用激光切割机切割等。 直接测量，精度略差，但可以通过测量的瞬时速度修正测量值。也可以使用差值算法等。 超声波测距 在木棒两端测量。 超声波测距 普通的：HC-SR04 成本低 精度理论可达3mm 需10us 脉冲 作为触发测量条件，测量用约5ms 预计采样 频率100Hz 超声波测距 高精度的：KS103 成本略高 理论精度1mm 采样频率理论500Hz 可IIC协议或串口直接数字量数据输出测量值 光测距 两端测量 例：夏普GP2Y0A02YK0F 红外测距传感器 价格适中 量程20~150cm 理论精度0.3mm 模拟量输出，需要AD转换 存在数据漂移现象，不太稳定。 光测距 关于夏普GP2Y0A02YK0F 亲自使用过。平台msp430内置 12位AD，普通电阻分压后直接测量。 测量准确，但数据波动较大，达到10%。 使用Kalman滤波算法滤波后精度约为1~2%，采样速度快。 改进办法，使用更高精度AD，电路使用高精度电阻并抗噪处理等。 单片机 题目没有限制类型 51、avr arduino MSP430 ARM STM32 语音播报 ISD1700系列 WT588D TTS 语音合成芯片 键盘 独立键盘 矩阵键盘 显示 LCD1602 LCD12864 TFT液晶屏 补充 随机长度（不规则断面）扣除功能的实现： 个人想法： 木棒直径3cm，测量出直径不现实 通过相互垂直的十字光阵检测，只要能区分哪是断面就行。 激光头： 直径4~6mm， 多个构成一组 系统软件结构 长度测量 显示、计数 单位转换 语音播报 存储、回放 创新性 增加新功能 可从装置的实际应用出发 如： 设计装置能自动装填木棒，从而可作为一个工业用产品自动测量计数及检测装置的原型。 谢谢！ 制作人：胡志远