基于单片机的电动车跷跷板设计论文.doc
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1、摘 要本设计采用STC89C52单片机作为电动车在跷跷板上运行的检测和控制核心,路面的黑线、黑区、白区、斑马线区采用七个反射式红外传感器进行检测,完成设计所要求的上跷跷板、直行、停止、倒车。采用五个光敏二极管完成跷跷板平衡位置的检测。利用正反转控制技术、PWM技术动态控制电动车的运行情况,很好的实现了设计任务。关键词: STC89C52单片机、电动小车、检测一、 系统方案(一) 实现方法与系统设计选用能够实现正、反转,双电动机驱动速度平稳的电动车。根据题目要求制作出准确的黑白路线,用七个反射式光电传感器作为位置、方向的检测,由于光电传感器和光敏二极管的检测电路输出高电平在0.9V3.8V之间。
2、为此采用LM358构成比较器进行整形,使检测输出信号逻辑性强。用五个光敏二极管作为跷跷板的平衡检测,并以数字形式指示平衡状态。以STC89C52单片机作为控制和定时部分,用PWM方法进行调速。用图5 所示的电路作为电动机的驱动部分。上述硬件电路在软件的配合下就能完成题目所要求的所有任务。 (二) 方案论证 根据设计题目要求,系统可以划分为几个基本的模块,如图1所示。根据要求对的各模块的实现,分别有以下一些不同的设计方案:LED显示电机驱动方向检测平衡检测位置检测声光指示单 片 机图1 总体方案框图1电动机驱动调速模块l 方案一:采用继电器对电动机的转向进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调
3、整。这个方案的优点在于电路比较简单,缺点是继电器的响应速度慢、机械结构已损坏、寿命较短、可靠性不高。l 方案二:采用电阻网络或数字电位器调整电动机得分压,从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。l 方案三:采用有达林顿管组成的H性PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机的转速和方向的控制;电子开关的速度很快,稳定性也极强,是一种很广泛采用的PWM调速技术。基于上述理论分析,拟选择方案三。2路面探测模块 路面探测大致原理是:光线照射的
4、路面并反射,由于黑线和白纸的反射系数不同可根据接收到的反射光强弱判断是否是黑线和白纸。l 方案一:可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。这种方案的缺点是其它环境光源会对光敏二极管的工作产生很大的干扰,一旦外界光亮条件改变,很可能造成误判断和漏判。图2D1D2D3D4D5D6D7l 方案二:采用七个红外反射式传感器按右图所示安装在电动车的地盘上。与附图一所示的路面图配合,能够很容易实现电动车在路面和跷跷板上的运动及始点、终点的检测。经过对比以上二种方案,拟采用方案二。2 跷跷板的平衡检测模块l 方案一:使用电位器来检测跷跷板的平衡。方法是,电位器的轴固定在跷跷板上,电位器的外壳固定在
5、支架上。可以计算出跷跷板平衡时对应的电阻Rg。通过控制电动车正反转使测量的电阻值Rx与Rg大小近似相等,即可使跷跷板平衡。但是在平衡点处转动的角度很小,使电位器输出的阻值变化量也很小,同时电位器的重复性不高,测量时难度很大。l 方案二:使用编码器来检测跷跷板的平衡。方法是,从跷跷板起始位置(A点着地)起到平衡位置的转动角度对应的编码器输出的脉冲数Ng作为给定值,当输出脉冲数Nx不等于Ng时,则根据Z信号来控制电动机的正反转,直至使跷跷板平衡为止。但是,在平衡点处跷跷板微小的上下摆动使编码器输出信号变化的很复杂。用以产生误判。l 方案三:使用两对光电管来检测跷跷板的平衡。(如图3)BA如图3很显
6、然,跷跷板微小的上下摆动能够在跷跷板的两端产生较大位移。按照本题目尺寸,跷跷板变化0.5度,其端点产生7毫米的位移。 其方法具体是:电动车从A点向前行驶时,跷跷板在上光电管的上方,当跷跷板第一次阻挡住上光电管光时,说明跷跷板已经到达平衡区域,通过判断跷跷板在光电检测区的位置,调节电动车的运动方向,这样就可以控制跷跷板处于平衡状态。l 另外还可以选用陀螺仪、电子水平仪等来检测跷跷板的平衡。综合比较上述方案后,选择方案三。二、 理论分析与计算(一) 测量与控制方法1.电动机运行方向和位置的测量如附图一所示的路线图,在跷跷板上运行。从A点通过D1、D3的检测来控制电动车又转、左转、直行,使电动车作直
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