承载平台平衡调整系统

·软件透视

承载平台平衡调整系统

█ 王祖力 李绍东 匡先霞 王祖轩

摘 要：为了满足承载平台平衡调整系统设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定，系统以8位的STC12C5412AD单片机和8位的STC89C52RC单片机作为平衡系统的控制核心；选用mma7260倾角传感器测量平台水平方向倾角；对于系统的动力部分，经过充分比较、论证，最终选用了控制精确的步近电机，其易于平衡点的寻找，步进电机的驱动我们采用的是L293驱动。在设计中我们利用STC12C5412AD单片机对倾角传感器mma7260进行AD采样，采样后经STC12C5412AD单片机处理，再利用单片机之间的串口通信，把处理后的信号传给STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机的十六位I/O串口与四个步进电机相连接，从而对四个步进电机进行相应的控制。在设计中我们还使用5110液晶显示系统长边和宽边的倾角，利用键盘对单片机经行初始化和设定操作。

关键词：倾角传感器；步进电机；单片机；L293

我们采用单片机对步进电机的控制从而间接地控制伸缩杆，通过伸缩杆调节平台，使平台在一定重量一定倾角范围内保持平衡。倾角传感器可以测出平台角度的变化，利用TC12C5412AD单片机中的AD对倾角传感器输出的信号进行采样，利用单片机控制四个步进电机，系统中加入了显示模块和键盘模块作为辅助设计。

1 系统方案

1.1 实现方法

系统要求能实现平台在一定配重下一定范围内随角度的变化平台仍能保持平衡等功能。我们想利用步进电机控制伸

作者简介：王祖力，黄山学院信息工程学院09物理学专业；李绍东，黄山学院信息工程学院08物理学专业；匡先霞，黄山学院信息工程学院09电子信息工程专业；王祖轩，安徽师范大学 物理与电子信息学院09电子信息工程专业。 缩杆的运动，倾角传感器测量平台水平方向倾角来确定平台是否达到平衡，利用显示模块以及键盘模块等作为系统的辅助设计，实现显示及键盘操作等功能。系统总的设计框图如图1所示：

1.2 方案论证

1.2.1 控制器模块

方案一：两块控制单片机都采用STC公司的STC89C52RC，51单片机价格便宜，应用广泛。

方案二：一块采用STC12C5412AD单片机，另一块采用STC89C52RC单片机。

因为STC89C52RC功能单一，不能对倾角传感器进行AD 采样，如果需要对倾角传感器进行采样的话还需外接AD转换器，实现较为复杂。而STC12C5412AD单片机内部带AD，可以直接对倾角传感器进行采样，外部不需要复杂的外围电路，使系统简单、美观.所以我们选择第二种方案。

1.2.2 机械结构模块

系统需要在平台的任意位置最少可以支撑500g物重，且

图1

图2

22

软件透视·

要有平台有多条腿支撑。我们采用的机械结构如图2所示: 1.2.2.1 平台的选择

方案一：采用木板作为系统的平台，木板易于获得且质量轻。

方案二：采用铝板作为系统的平台。

因为木板不易与伸缩杆连接，灵活性不好。而铝板易于打孔且质量轻,铝板易与伸缩杆连接，在系统调节时更灵活.所以我们采用方案二。

1.2.2.2 动力器件的选择

方案一：采用四个直流电机作为系统的动力提供源，用四个伸缩杆分别与直流电机连在一起，伸缩杆与直流电机的连接用螺母，用螺母控制齿轮的转动来调节伸缩杆的上下移动。

方案二：采用四个步进电机，其与伸缩杆的链接与方案一相同。

方案三：采用市场上购买采用型号为PX243--11A--C18的步进电机带伸缩杆的仪器模块。

因为每个直流电机与伸缩杆的连接都是独立操作的，手工的焊接几乎做不到四个直流电机与伸缩杆的连接的完全对称的。而且直流减速电机力矩大，转动速度快，但其制动能力差,无法达到灵活控制的要求。而方案三中所用的器材价格便宜，电机的功率可以满足题目要求，而且这样四个腿

几乎完全对称，控制起来方便。所以我们采用方案三。

1.2.3 角度检测模块

角度检测模块也是系统的重要组成部分，我们需

要利用倾角传感器来测量平台水平方向倾角，并且倾角

传感器需要精度高，频率快。在众多的传感器的选择

中，我们最终在以下两种传感器中作出选择；

方案一：采用深圳市华夏磁电子技术开发有限公

司的AME-B001角度传感器，0－360度测量范围。

方案二：采用MMA7260倾角传感器,MMA7260三轴加

速度传感器模块核心为飞思卡尔公司的MMA7260三轴加

速度传感器。

因为AME-B001安装非常不方便，而飞思卡尔公司

的MMA7260三轴加速度传感器，它具有灵敏度可选，低

功耗，高稳定性等特点。所以我们选择了方案二。

1.2.4 显示模块

方案一：用LED显示，LED亮度高、成本低。

方案二：采用5110液晶显示系统长边和宽边的倾角 ,串行接口，显示简单。

因为LED显示不能显示汉字，显示内容较少；液晶显示可以显示汉字而且更加清晰，美观。所以我们选择方案二。 2 硬件部分

2.1 控制电路

单片机驱动步进电机电路图如附录1所示。在此部分电路中，我们使用L293驱动来驱动步进电机。系统需要显示平台长边和宽边的倾角，我们在设计电路图时选择使用5110液晶显示器。系统要求设定角度，让系统自动调节平衡，因此我们使用了四个独立键盘。系统开始工作的时候，我们需要对系统初始化，需要通过独立键盘来初始化和设定角度。另外我们使用大功率的电源箱，这样不仅可以满足电机的供电需要，而且可以给电路供5V电压。

2.2 采样电路

单片机对倾角传感器采样电路如图3所示。在此部分电路中我们采用的是MMA7260倾角传感器，首先是MMA7260测出角度的变化，利用单片机STC12C5412AD的AD转换器采样，因为采样后的信号较小，我们需要对采样信号进行放大,所以采样后我们对采样信号进行了放大，我们使用了LM358运放来放大信号，因为采样时采集了三路信号，所以我们需要使用三个运放来放大三路信号，经过三路放大后我们把放大后的信号通过串口通信向控制器发送采样数据。

倾角传感器可以测出平台角度的变化，传输给单片机，我们用单片机来控制液晶显示，从而液晶可以显示出平台长边和宽边的倾角。单片机控制伸缩杆的运动，利用伸缩杆运动值的不同来形成角度。可以让平台的长边和宽边的倾角随键盘的设定而变化，倾角传感器可以测出变化后的角度，通过液晶显示是否达到设定值。

3 软件设计

图3

23

24·软件透视

系统总体设计方案包括角度采样模块和控制模块。对其说明如下：

1.用MMA7260得出平台倾角XYZ的输出信号。采用单片机STC12C5412AD的AD转换器采样，并通过串口通信向控制器发送采样数据，构成倾角采样模块。

2.控制器模块采用STC89C52RC通过串口通信接收倾角采样模块数据，

通过增量式PID控制算法实现对步进电机的控

图4

制，达到倾角调整的目的。系统主要程序过程设计流程如图4所示：

4 系统测试与分析

系统存在误差的原因主要是由于硬件部分不灵活，存在很多干扰因素，使硬件与软件不协调。硬件部分无法达到软件的要求，导致实验有误差。

5 结论

在系统的设计中，我们采用了简洁高效的器材PX243--11A--C18步进电机带伸缩杆的仪器模块，这样为系统大大提高了硬件的灵活性。但是由于四个步进电机不是完全相同的，转速有所差异，很难达到四个伸缩杆运动的一致性，这样会引起角度有所偏差。

[参考文献]

[1]郭天祥.《新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全

攻略》,电子工业出版社.

[2]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编》,北京理工大学出版社 [3]谭浩强.《C语言程序设计(第二版)》,清华大学出版社.

云计算标准正在制订 未来5年产业规模可上万亿

中国工程院院士、云计算专家倪光南在“2011中国云计算与云服务高峰论坛”接受专访时表示，工信部关于云计算相关标准的研究工作已展开。

工信部软件服务业司副司长谢渡婴则透露，目前我国云计算正呈现出良好发展局面，下一步工信部将利用重大项目支持网络化项目、智能海量中心等关键技术的研发和产业化，加快扶持龙头企业，打造云计算产业链。（摘自中国信息产业网）

简 讯