电动车跷跷板-Read.DOC

目 录 1. 系统方案 1 1.1 系统方案实现方法 1 1.2 模块方案的比较和论证 1 1．2．1 控制器模块方案分析与比较 1 1．2．2 引导线检测模块方案分析与比较 2 1．2．3 倾角检测模块方案分析与比较 2 1．2．4 电机驱动调速模块方案分析与比较 2 1．2．5 显示模块方案分析与比较 3 1．3 系统最终方案结构框图 3 2． 系统理论分析与计算 3 2．1 测量与控制方法 3 2．2 理论计算 4 3． 系统电路与程序设计 5 3．1 硬件设计 5 3．1．1 引导线检测电路的实现 5 3．1．2 平衡点检测电路的实现 5 3．1．3 电机驱动电路的实现 5 3．2 软件设计 5 4． 系统测试及结果分析 6 5． 参考文献 7 6． 附录 7 6．1 元器件明细表 7 6．2 仪器设备清单 7 6．3 电路图图纸 8 6．3．1 单元电路原理图 8 6．3．2 系统总原理图 9 6．4 设计程序清单 9  电动车跷跷板（F题）设计报告 摘要：本作品通过FGK125反射式红外传感器来检测路面引导线，用SCA100T-D02高精度双轴倾角传感器来检测电动车与地面的角度，将两路检测信号送入核心控制单元STC12C5410AD单片机进行数据处理，再通过集成芯片L298内部的桥式电路来驱动直流电机。系统采用局部闭环反馈控制的方法对行程位移进行自动调整，实现了整个行程自动导航并使电动车在C点附近和配重状态均能达到平衡。作品运行稳定，完全实现了课题的基本要求，发挥部分也有明显效果。 关键字：传感器 单片机 闭环反馈 1. 系统方案 1.1 系统方案实现方法 根据题目任务要求，为了准确地达到基本要求并能体现设计的创新性，很好地实现发挥部分的效果。我们拟采用如下设计方法：1）小车行进用黑线引导，使其能稳定行使。 2）采用角度传感器件检测电动车与地面的角度，采用软件方法进行闭环反馈误差修正，来实现小车在C点及配重情况下的平衡控制。3）为系统配置控制处理中心，实现全程自动控制和管理。4）最优化电机驱动，运用PWM方法调速，使电机能正反转自如控制。5）软硬件模块化设计，分工协作，使系统运行稳定；6）测试中，运用干扰法，调试系统到最佳状态。 1.2 模块方案的比较和论证 1．2．1 控制器模块方案分析与比较 控制器主要用于各种传感器信号的接收和辨认、控制电动车的电机动作、控制显示运行时间等。对于控制器的选择有以下几种方案。 方案一：采用FPGA的SOPC片上可编程嵌入式系统作为系统的控制器。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，且成本偏高，硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。 方案二：采用单片机作为系统的控制器。单片机软件编程灵活、自由度大，功耗低，体积小，技术成熟和成本低等优点。在本系统中通过各传感器检测信号送单片机进行处理，由单片机控制电动车的前进后退，实现设计任务的要求。 基于上述分析，拟选择方案二。单片机控制方框图如图1. 1所示。 图1.1 单片机控制方框1．2．2 引导线检测模块方案分析与比较 引导线检测模块实现电动车跟随引导线行驶，使其在扇形区和跷跷板上自动寻轨。扇形区和跷跷板均采用白底黑线引导，对传感器的选择有以下几种方案。 方案一：采用热探测器。热探测器是利用所接收到的红外辐射后，会引起温度的变化，温度变化会产生电压信号的输出。单片机根据电压的变化来判断路面的状态。由于温度变化是因为吸收热辐射能量引起的，受外界环境的影响比较大。 方案二：采用反射式红外传感器。接收管根据反射光强弱来导通与截止，通过比较输出高低电平。当检测到白底时反射光强接收管导通，经比较器输出低电平；而黑线时红外光被吸收，比较器输出高电平。此电路安装简单，性能稳定，受外界环境的影响比较小。 基于上述分析，拟选择方案二。反射式红外传感器状态真值表如表1.1所示。 表1.1反射式红外传感器状态真值表 传感器编号 电动车状态 1（左） 2（右） 脱离引导线 0 0 行驶偏左 0 1 行驶偏右 1 0 1．2．3 倾角检测模块方案分析与比较 倾角检测模块主要是用来检测电动车与地面的倾斜角，送单片机处理倾斜角信息来让电动车寻找跷跷板上平衡点。对传感器的选择有以下几种方案。 方案一：采用自制水银倾角传感器。水银倾角传感器，由支架、水银储槽、U型连通管、水银检测电路组成。其原理在于当车体发生倾斜时，用红外对管检测出水银流动信息，经比较器比较后送单片机控制小车前进后退直到平衡。具有结构简单、使用方便、安全、成本低等优点。但由于制作工艺原因无法达到精确测量与平衡的目的。水银