电子设计竞赛论文_基于自由摆的平板控制系统_精品.doc

2011年全国大学生电子设计竞赛 基于自由摆的平板控制系统 B甲 学校名称：山东理工大学 参赛学生：指导教师： 摘 要 本设计以STM32作为基于自由摆的平板控制系统的中央控制单元，应用角度传感器、重力加速度传感器，步进电机和通信等模块，通过数据的高速采集、传输、AD转换和数据处理获取摆杆的摆动情况，再利用单片机的PWM模式对步进电机进行控制，从而实现平板平衡，使硬币在摆杆摆动过程中不从平板上滑落。本设计以高速度，高灵敏度和高稳定性为设计目标，达到了题目的基本要求和发挥部分的要求。 关键词:STM32；加速度传感器；电机；自由摆；角度传感器 Abstract Th design applies STM32 as the central control unit of the free?swing board?control system, with other modules such as angle sensor; gravity acceleration sensor; stepping motor and nRF24L01 wireless transmission module. By accessing the swing data of the swinging rod through high-speed data collection, transmission, AD transform and data processing, then driving the stepping motor controlled by SCM PWM to hold the balance of the swing board, keeping the coin from falling off the swing board， finished the allocation using the laser pointer on the paper. The design aims the high speed, high sensitivity and high stability, and fully realized the basic requirements and partly of exertion of the competition. Keyword: STM32; Acceleration sensors; Stepping motor; Free swing board; Angular velocity sensor 目录 摘 要 1 Abstract 1 目录 2 1.各模块方案选择与论证 3 1.1主控制器方案选择 3 1.2通信方案选择 3 1.3重力加速度传感器的选择 4 1.4驱动电机的选择 4 1.5支架材料的选择 4 2.理论分析与计算 4 2.1总体方案 4 2.2建模与控制方法 5 3. 单元模块设计 9 3.1主控制单元模块 9 3.2重力加速度检测模块 10 3.3角度检测模块 11 3.4 电机模块 12 3.5 STM32无线传输模块 12 4.软件设计 13 5. 测试方案与测试结果 13 6.设计总结 16 7.参考文献 16 附录 17 基于自由摆的平板控制系统 本设计是自由摆平板控制系统，主要由主控制器、角度传感器、重力加速度传感器，电动机和通信等模块组成，各个模块的选择与论证方案如下： 1.各模块方案选择与论证 1.1主控制器方案选择方案一：采用超低功耗单片机MSP430单片机作为控制器。MSP430单片机具有较高的处理速度，中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。但是该单片机通用性较差，性价比相对较低。故我们放弃此方案。 方案二：采用51系列单片机， 51单片机是比较常用的8位单片机，MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，开发简单，价格低廉，通用性好等特点被人们广泛的应用于各种控制电路中。它拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，但是其速度不快，12个振荡周期才执行一个单周期指令，适合应用于小型的控制领域和精度要求不高的环境中，由于其速度比较慢，因此在用于速度要求高的地方，51单片机并不是最佳的选择。此外，51单片机的耗电也比较大。 方案三：采用32位的STM32开发板作为系统控制器。集成多通讯接口、功能丰富，性能稳定、可靠，可以实现系统的多功能控制，可以进行高速的数据采集和处理以及对电机的控制，能够达到题目的所有要求。 对比以上三套方案，综合单片机的性能和系统运行速度及功能的实现效果，选用方案三进行题目设计。 1.2通信方案选择 方案：采用SPI总线高速同步串行口，收