电子设计-电动车跷跷板.doc

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大学生电子设计竞赛

电动车跷跷板

参赛学生：

学校：

赛前指导老师：

2012年9月

电动车跷跷板

摘要本设计采用两个凌阳SPCE061A16位单片机作为控制核心。其中一个安装在小车上，另一个持在使用者手中连接键盘和LCD，通过无线模块进行双机通讯，实现远程对小车运行状态的实时监测。为了对小车的行为进行精确控制，采用步进电机进行驱动。系统通过倾角传感器采集跷跷板的倾角变化后传给单片机。程序控制方法采用PID算法，使小车通过一个二阶欠阻尼脉冲响应过程最后趋于动态平衡。根据设计需要，车体采用有机玻璃与铝合金自制而成。

关键词：SPCE061A单片机，角度传感器，光电传感器，PID算法.

Abstract：ThissystemtakestwoSPCE061A16bitmicroprocessorasthecontrolcenter,onefixedonthecarandanotherconnectedwithkeyboardandLCDhandedbythecontroller.Inthissystem,wirelessisusedtocompletethetwoprocessors`communicationtoacquireaperfectinterfacebetweenthecontrollerandthewholecontrolsystem.Thecarwithfourwheelsisdrivenbytwosteppermotors,andthroughtheanglesensitivegatheringtheinformationabouttheteeterboard’sequinityconditionandthensendtothemicroprocessor.ThesystemtakesthePIDasmaincontrolmethod,throughaprogressoftwopulsedampingresponse,thecarandtheteeterboardfinallyreachanequinitycondition.

Keywords:SPCE061Amicroprocessor,anglesensor,lightsensor,PID.

1．系统方案设计

1.1实现方法

采用倾角传感器检测跷跷板与水平面的夹角，通过PID算法控制小车寻找平衡位置。当跷跷板在允许范围内满足达到平衡状态时，暂停5秒后行驶到跷跷板B端；当小车的上的四个光电开关同时检测到预先粘贴在跷跷板B端上的黑线时记数1，并倒车回到跷跷板A端，当四个光电开关第二次同时检测另一端的黑线时记数2，小车停止，此时基本部分完成。在发挥部分中，我们采用黑线引导小车走上跷跷板，小车启动时在水平位置，以此为标志来选择调用发挥部分所需要的程序，使小车在找到平衡之后停在原位并在收到扰动之后自动寻找新的平衡。在完成题目要求的同时，我们也做出了自己的特色。我们利用一个从单片机制作了一个手持观测系统，进行小车状态的实时播报和显示，另外还制作了电池低电压报警电路。

1.2方案比较与论证

1.2.1控制器模块

由于题目要求的小车功能较多，如果采用一个单片机会使各模块之间的程序嵌套复杂，而且难以实现总体系统的稳定性要求。此外该控制系统程序庞大，包括角度传感器、光电传感器，LCD，语音模块，时钟等模块，一个单片机难以存储。所以我们采用两个SPCE061A16位单片机，一个为主控制器安装在小车上来控制小车的行驶，另一个为从单片机持在控制者手中，用来连接LCD，键盘以及语音模块。主从单片机之间采用无线通讯，实现两机之间的信息交流。这样不仅可以很好的解决上述问题，而且使人机交互界面变得更加方便完美，也更加人性化和智能化。

1.2.2电机驱动模块

方案一：采用H桥式电路驱动的直流电机作为小车驱动。直流减速电机输出力矩大，功耗相对较低，且运行平稳，但本题目需要对小车的位置进行精确步进控制，而直流电机输出轴之间存在一定间隙，而且不能精确定位控制，所以我们放弃此方案。

方案二：采用输出力矩相对较大的步进电机，这样能够保证两个轮子的速度基本相同，实现了小车的精确控制。为了使步进电机低速时转动更平滑，采用专门的电机细分驱动芯片TA8435驱动电机，利用两个定时器控制电机速度，实现小车的速度与方向调整。实践证明该方案电路简单、控制方便且工作稳定。电路见附图一。所以我们选择方案二。

1.2.3角度测量模块