基于单片机控制的电动车跷跷板的设计与实现

2023-01-18

全国大学生电子设计竞赛是教育部、信息产业部组织的学科竞赛, 是面向大学生的群众性科技活动, 目的在于推动全国普通高等学校信息和电子类学科面向二十一世纪课程体系和教学内容的改革。笔者就07年《电动车跷跷板》的要求, 采用凌阳16位SPCE061A单片机给出一种新型的解决方案。

1 系统各模块的选择

1.1 控制器模块

采用凌阳1 6位S P C E 0 6 1 A单片机。SPCE061A单片机的晶振频率为32768Hz, 32位可编程IO口, 14个中断源, 2个16位的可编程的定时器/计数器, 具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高, 尤其适用于语音处理和识别等领域。内部资源丰富, 集成了A/D、D/A转换, 易于数据的采集, 同时其在线仿真技术, 软硬件调试也方便。

1.2 显示模块

采用凌阳SPLC501液晶显示器显示。液晶显示屏具有低功耗、平面直角显示、影响稳定不闪烁、可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强、功耗小、尺寸小、超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒服等特点。液晶动态显示功能强大, 可以实现实时显示, 使系统更加直观, 更趋智能化和人性化。

1.3 电机模块

系统功能需要使小车平衡, 必须对小车移动进行精确控制, 可以选择采用步进电机。其旋转度数可直接通过驱动时的步进数的选择来实现, 其精度可达到0.9度/步。

电机驱动采用L298N电机驱动芯片对电机驱动, 该芯片内含有两个H桥式电机驱动电路, 其驱动电流大, 为电机驱动专门设计, 工作稳定。

1.4 平衡模块

采用重力摆来衡量跷跷板的平衡状况, 通过角度的变化, 来改变I/O口的输出电平, 从而控制小车的前后移动, 能准确的测试跷跷板的平衡状态。该重力摆具有灵敏度高、分辨率高等特点。

1.5 寻迹模块方案的论证与选择

通过红外对管来实现, 它测量距离近, 但反应灵敏、准确。相比光电传感器而言, 其体积较小, 价格较低, 安装容易。

1.6 声光显示模块的论证与选择

当跷跷板达到平衡时, I/O口输出高电压, 使二极管点亮, 蜂鸣器发出报警。

2 主要硬件电路的设计与连接

重力摆使用示意图如下所示:

重力摆安装在电动车正后方, 重锤由于重力作用始终垂直向下, 引线 (金属线) 连接+5V电压。左右固定有两个触点, 与重锤之间的角度为。当电动车处于平衡位置时, 重锤引线与左右触点都不接触 (如图1所示) , I O A 4与I O A 5输入都为低电平;当跷跷板B端向上倾斜时, 重锤引线与IOA4接触 (如图2所示) , 给单片机输入高电平, 控制小车前进;当跷跷板B端向下倾斜时, 重锤引线与IOA5接触, 给单片机输入高电平, 控制小车后退。经过小车多次自动调整, 达到了良好的平衡效果。

此设计是本系统独特的创新点所在, 能精确的实现跷跷板的平衡。

3 系统软件设计流程图

系统程序设计采用C语言和汇编语言混合编程, 在凌阳unSP IDE平台上完成单片机系统的开发, 实现各项设计功能和指标要求。

平衡寻迹子程序流程图如图1、图2所示。

4 结语

本系统在设计过程中, 力求硬件线路简单, 充分发挥软件在编程上的灵活性, 来满足设计要求, 经测试运行效果良好, 达到了预期的目的, 其性能指标完成了题目所有要求。采用SPCE061A十六位单片机体现了系统的优越性, 集中表现在实现功能齐全、外围电路简单、以及可维护性强, 液晶显示清晰, 寻迹误差较小。

本设计的独特创新点在于采用自制重力摆实现了跷跷板的平衡, 而没有使用昂贵的角度传感器, 为系统的设计节省了大量资金。

摘要：本文就2007年全国大学生电子设计竞赛J题《电动车跷跷板》给出一种详细的设计与实现方法。本系统采用凌阳16位SPCE061A单片机作为控制核心;小车动力部分选用控制精确的步进电机;采用红外对管TCRT5000实现小车寻迹走直线等功能;通过自制重力摆找平衡点。

关键词：SPCE061A单片机,步进电机,重力摆