电动车跷跷板论文(国赛题目)
江苏大学第六届电子设计竞赛电动车跷跷板作品论文
参赛队员：黄余
周杰
刘治岐
二零一四年四月
摘要
本电动车跷跷板是以铁板为车架，msp430单片机为控制核心，加以直流减速电机、LN298驱动电路、mpu6050陀螺仪、红外光电传感器、N5100液晶、NRF24L01无线模块以及稳压电源电路以及其他电路构成。系统由msp430通过IO口控制小车的前进后退停止平衡以及转向，并通过NRF24L01把小车同电脑上位机连接，进行命令控制和数据发送。寻迹由CTRT5000型红外光电对管完成，平衡由mpu6050陀螺仪完成，用L298N驱动直流减速电机，同时本系统用N5100液晶显示，以显示当前电动车的运动状态以及各部分运行时间。
关键词：msp430 NRF24L01 L298N 直流减速电机红外光电传感器 mpu6050陀螺仪 N5100液晶
Abstract
the electric vehicle seesaw is an iron plate frame, MSP430 single chip microcomputer as control core, to DC gear motor, LN298 drive
circuit, mpu6050 gyroscopes, infrared photoelectric sensor, N5100
LCD, NRF24L01 wirelessmodule and a power supply circuit and other circuit. The system consists of MSP430 through the IO port to control the
car forward and back stop balance and steering, and through the
NRF24L01 car to car with computer PCconnection, command control and data transmission. Tracing by CTRT5000 type infrared
photoelectric tube finish, balanced by mpu6050 gyroscope, L298N driven dc gear motor, at the same time, the system used N5100 liquid crystal display, to show the motion state of electric vehicles and parts of the running time.
Keywords: MSP430 NRF24L01 L298N DC motor and infrared photoelectric sensor mpu6050 gyroscope N5100 LCD
目录
一.模块方案比较与设计
1.1车架设计
1.2控制器模块
1.3电源模块
1.4寻迹传感器模块
1.5电机模块
1.6电机驱动模块
1.7平衡模块
1.8显示台显示模块
1.9无线连接模块
1.10上位机的制作
二．硬件实现及单元电路设计
2.1电机驱动电路的设计
2.2黑白线检测电路的设计
2.3电压稳压电路设计
2.4液晶显示屏电路的连接
2.5MPU6050陀螺仪模块电路设计
2.6NRF24L01无线发送接收模块电路设计
三、算法实现：
3.1循迹部分
3.2电机驱动部分
3.3液晶显示部分
3.4陀螺仪滤波部分
3.5小车整体平衡算法部分
3.6小车无线启动算法部分
3.7 LABVIEW上位机的制作
四、软件设计
1、小车上电后程序流程
2.基础部分程序流程
3.发挥部分程序流程
4.小车循迹转向程序流程
五、系统功能测试
1.基础部分
2.发挥部分
六、总结
七、附录
1.小车单片机
2.从机单片机
一． 模块方案比较与设计
根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、无线模块、寻迹传感器模块、平衡传感器模块、直流减速电机及其驱动模块、液晶显示模块。本系统大概的方框图如下图所示：
为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。 1.1车架设计
方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而
电压模块
单
片机
主控制
器
循迹模块
陀螺仪
无线模块
驱动电机 报警信号
液晶显示
且这种电动车一般都价格不扉。因此我们放弃了此方案。
方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了三轮电动车，后面两轮分别驱动转向。前面按一个万向轮。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的步进电机进行驱动，前面装一个万向轮。这样，当两个直流减速电机转向相同但转速不同时就可以实现电动车的转弯，由此可以轻松的实现小车的左转和右转。
综上所述，最后选择方案二。
1.2控制器模块
因为这个暑假我们将参加省赛，而这个比赛是由TI公司赞助举办的，需要用TI公司生产的芯片，为了熟练，因此我们这次选用该公司开发的msp430 16位单片机，它是16位控制器，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、处理速度高、中断处理能力强等特点。
1.3电源模块
由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。
方案1：采用8.4V大容量理电池，经过7805稳压电路把电压稳成5V之后，在经过ams1117稳压成3.3V为单片机以及一些相应的模块供电。选用的锂电池具有价格低，容量大，体积小和输出电流大等特点。
方案2：采用2节4.2V可充电式锂电池串联共8.4V给直流电供电，经过7805的电压变换后为单片机和传感器供电。经过实验验证，当电池为直流电机供电时，单片机、传感器的工作电压不够，性能不稳定。因此我们放弃了此方案。
综上考虑，我们选择了方案1。
1.4寻迹传感器模块
CTRT5000红外光电对管是由一个发光管和一个接收管组成，当被测物是黑线时，红外光电二极管U发射出的光线被反射回来时很弱，光敏三极管无法导通，所以跟随器输出给单片机的信号为低电平。相反的，当被测物是白线时，由于反射回的信号较强，致使三极管导通，然后把该点的电位经过393比较器同电位器上调节后的电压比较，从而达到在遇到黑线和没有遇到黑线时分别输出高低电平。从而使小车可以沿着黑胶带行走。此光电对管调理电路简单，工作性能稳定，体积小，结构紧凑。
1.5电机模块
方案一：用步进电机。步进电机可以精确地控制角度和距离。步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在转速较高时会急剧下降，故其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统，并且它的体积大，价格高，质量大，另外步进电机的编程复杂，增加了编程的难度。
方案二：采用直流电机。直流电机运转平稳，精度也有一定的保证，虽然没有步进电机那样高，但完全可以满足本题目的要求。通过单片机自带的的PWM 输出同样可以控制直流电机的旋转速度，实现电动车的速度控制。并且直流电机相对于步进电机价格经济。
综合性价比和功耗等方面的考虑，我们选择方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。
1.6电机驱动模块
方案一：采用继电器对电机的开关进行控制，可以完成电机的正转，反转，调速，但继电器响应时间慢，使小车运动灵敏度降低，增加了避障的难度。而且机械结构易磨损，可靠性不高。它适用于大功率电机的驱动，对于中小功率的电机则极不经济。
方案二：采用SM6135W电机遥控驱动模块。SM6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。
方案三：采用集成的驱动电路芯片L298N。L298N驱动芯片具有体积小，可靠性安全性高，抗干扰能力强等优点，适合控制智能小车的运动。且有较大的电流驱动能力，连接方便简单。我们上学期参加小车比赛的时候用过此驱动芯片，有一定的电路搭建运用经验。
综合以上考虑，我们选择方案三，使用L298驱动直流电机。
1.7平衡模块
方案一：采用水银开关探测跷跷板平衡度，其原理是跷板左偏水银开关电路导通，右偏水银开关断开电路不通，这样控制电动车在平衡点小角度来回摆动来使跷跷板动态平衡，安装简单而且成本很低。但控制精度很低，不易实现题目要求。
方案二：采用MPU6050六轴加速度陀螺仪模块，把陀螺仪的数值传回来，经过单片机的滤波，然后转化成角度来判断跷跷板的倾斜角度。该模块具有体积小、精度高、采集速度快和操作代码简单等特点。
综合以上考虑，我们选择方案三，使用MPU6050陀螺仪测量角度。
1.8显示台显示模块
方案一：用数码管进行显示。数码管显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了。但是现实内容单一，但不能显示汉字，显示内容较少，人机关系较差。而且需要单片机实时扫描，占用单片机CPU内存多。
方案二：采用N5100 LCD显示。LCD可以用全中文界面显示，显示内容丰富，易于人机交流，且可以串行接口，节省I/O资源，显示简单。
考虑到本题的要求，只需要一片LCD就可以实现，故我们选择方案二。
1.9无线连接模块
因为我们小组想通过电脑上位机无线控制现车的运行，以及实时监视小车左右轮点击的速度和跷跷板的平衡角度。因此我们需要选择一组无线模块，经过综合考虑，我们选择NRF24L01无线模块，它具有价格低、体积小、资料丰富、发送稳定和距离远等特点。
1.10上位机的制作
我们选用LABVIEW软件制作上位机，LABVIEW是图形化制作上位机的一款软件，具有操作简单、上手快、控件丰富和制作周期短等特点。因此我们就选择该软件制作我们需要的上位机。
最终方案
经过反复论证，我们最终确定了如下方案：
1采用TI公司的MSP430单片机作为主控制器。
2电机采用直流减速电机。
3采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。
4采用CTRT5000红外光电对管制作寻迹模块。
5采用MPU6050双轴倾角传感器。
6采用8.4V大容量理电池供电。
7采用N5110液晶显示行进中的倾角。
8采用NRF24L01惊醒无线通信
9采用LABVIEW制作上位机
二．硬件实现及单元电路设计
2.1电机驱动电路的设计
L298N驱动直流电机，它靠两个引脚控制一个电机的运动。智能寻迹小车采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速或正反转来达到控制小车转向的目的。
芯片引脚和功能如图1，驱动电路如图2。
EN A P4.6 左电机使能端
EA B P4.7 右电机使能端
IN1 P4.1 左电机PWM控制输出
IN2 P4.2 左电机PWM控制输出
IN3 P4.3 右电机PWM控制输出
IN4 P4.4 右电机PWM控制输出
图1 L298N的引脚和功能
图2 驱动电路图
2.2黑白线检测电路的设计：
通过光电检测器来实现黑白线的监测，当检测到黑线时输出端为低电平，白线时为高电平。两个TCRT5000来实现小车走直线。输出端要加上拉电阻，才能得到稳定信号，其原理图如图所示。
2.3电压稳压电路设计：
电池电压8.4V进来，首先然后经过LM7805稳压成5V，然后再经过AMS1117降压成3.3V供单片机个整个系统使用。经过两轮降压的目的是为了使电压更加的稳定，防止过大的压降使稳压管烧毁。
设计电路图如下图所示：
2.4液晶显示屏电路的连接：
该款液晶显示器为Nokia N5110液晶显示器，它由48x84点矩阵LCD组成。该液晶显示器不同于LCD1602，它本身没有字库，所以需要人为制作字库，但是，在绘制图画方面它与1602相比具有明显的优越性。正因为它没有字库，每一幅图片都由人为取码完成数字图片绘制，这使图片的显示更为简单。在该学习板上采用模拟SPI通信，但它本身可以采用标准SPI协议通信的，因而其显示速度可以满
足一般要求。
1脚VC为3.3V电源接入
2脚为GND
3脚CE为片选
4脚RS为复位脚
5脚DC为命令数据寄存器选择线
6脚DN为串行数据线
7脚CK为时钟信号线
8脚BL为背光灯控制接口
2.5MPU6050陀螺仪模块电路设计：
MPU-6000为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的包装空间。MPU-6000整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术。标准的IIC通信协议，芯片内置16bit AD转换器，16位数据输出。
2.6NRF24L01无线发送接收模块电路设计：
NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片收发芯片，无线收发器包括：频率发生器增强型 SchockBurstTM 模式控制器功率放大器晶体放大器调制器解调器输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置极低的电流消耗。（软件设置1Mbps或者2Mbps的空中传输速率）
3.CE 芯片的模式控制线。
4.CSN 为芯片的片选线
5.SCK 为芯片控制的时钟线(SPI时钟)
6.MOSI 为芯片控制数据线
7.MISO 芯片控制数线
8.IRQ 中断信号引脚。
三、算法实现：
3.1循迹部分：
由于小车是在跷跷板上行走，而又不能保证左右轮电机的转速完全相同，为保证小车能正常在跷跷板上行走，故采用在跷跷板上贴黑胶带引导小车行走的做法，。在运行过程中会有小车反复前进后退的情况，经过多次试验后，采取在小车前后均设置两个光电对管的做法。当小车前进时，打开前面的光电对管为小车循迹，后退时用后面的光电对管循迹。最后试验证明方案可行，在前进和后退的过程中均能稳定地沿着黑线运行。
3.2电机驱动部分：
小车在运行的过程中需要得到不同的行走速度，而我们采用的是直流减速电机，故采用用单片机输出占空比不同的PWM波来控制电机转速和方向的方式，单片机一共需要输出4路PWM，每两路PWM波控制一个电机。具体做法是，通过设置msp430内部的定时器2 然后在P41~P44 这四个引脚上输出4路PWM波。固定电机一段输入低电平，另一端输入电压为8.4Ｖ的PWM波来控制正转。反之控制电机反转。（相关代码见后面附录）
3.3液晶显示部分：
由于我们组采用的是N5110这块液晶屏，操作引脚少，显示内容灵活，但不自带字库，所以我们采取字体取模的方式得到不同大小，不同字体的字码，并复制到程序的数组中。并采用模拟SPI总线协议的方式对液晶屏进行控制。实验结果证明显示效果好、内容丰富和反应速度快。
3.4陀螺仪滤波部分：
我们采用MPU6050陀螺仪测倾角的方法，直接读回来的是各轴的加速度和角加速度，并不是我们想要的倾斜角度，而且不稳地。如果直接用静态的加速度换算得到的角度，在跷跷板转动时，得到的角度很有很大的波动和很多干扰波刺。因此我们需要对采集回来的数据进行滤波以及融合成需要的角度。我们采用的是互补滤波的方法，并通过自己用LABVIEW写的上位机软件对滤波前后的波形进行比对，进而反复对互补滤波参数的调节。
通过msp430内部的定时器1 设置对陀螺仪的采样周期T，经过多次试验我们采用的采样周期为5ms，然后对每次得到的陀螺仪角加速度进行积分，再代入互补滤波公式跟静态值进行数据融合，得到对水平面真实的倾斜角度。经过反复多次的实验，最终得到下面比较合适的参数。
静态换算的角度值：acc_angle=atan2(acc_x,acc_z)*(180/3.14159265);
陀螺仪的转动角速度计算：gyr_angle=(float)(gyro_data+53)/16.4;
互补融合：angle=(0.97)*(angle+y*dt)+(0.03)*x;//angle为真实的倾角
下面是一张滤波过程中滤波效果的截图：
3.5整体小车平衡算法部分：
①一开始调节小车的时候，我们采用采用PID算法中的PD来闭环（角度环）控制的方式来调节跷跷板平衡，让小车在平衡点附近来回运动寻找平衡点。平衡
曲线类似于欠阻尼平衡的曲线（如下图）。
采用的控制公式：
电机输出= Kp ×角度+ Kd×角速度
经过多次反复的调节，运行发现无法在规定的时间内稳定下来。原因是跷跷板是采用铁板材料做成的，重量很大，转动起来之后有很大的惯性。而小车比较轻，小车运行过平衡位置很长的一段距离之后，跷跷板才开始摆动，所以存在很大的滞后性，因此整个系统的灵活性和响应速度跟不上。无论我们的参数怎么调节，始终没有达到我们需要的效果。最后，我们决定换一套方案。
②经过上面所述的多次试验失败之后，我们发现采用欠阻尼式的调节方法不可行。所以我们换成了过阻尼式的调解方案。我们先让小车在之前PD调节的基础上快速找到平衡点的位置（即让小车在跷跷板上快速前进，直到跷跷板转到转到另一端着地），接下来改成逐次逼近的方式让跷跷板进入平衡范围。跷跷板的角度平衡曲线如下图所示（图片仅其参考作用）：
具体的做法是：因为由前面的失败实验知道，不能让跷跷板摆动起来，所以我们不能让小车保持连续的前进状态。所以，我们得采取措施消除跷跷板转动时的惯性，我们让小车前进一段时间t1，接着停止一段时间t2的做法。这样的话，在跷跷板转动起来之后，小车听停一段时间t2，把跷跷板稳住，消除它的转动惯性。小车的速度每次都按照 speed = speed*2.0/3 的幅度衰减。直到跷跷板的切斜角度板进入题目要求的范围之内。经过多次反复的实验和参数的调节，发现这种方案可行，跷跷板平衡的各项要求均能在小于题目要求的时间内完成。
3.6小车无线启动算法部分：
由于本次比赛的时间比较充裕，为了提高作品的运行效果和充分发挥我们的
创新能力。我们小组决定在完成题目要求的基础部分和发挥部分的基础上，增加电脑上位机无线控制小车运行的功能。具体的做法是增加一块单片机最小系统作为通信的从机。小车和从机板上均连接一块NRF24L01的无线模块，然后写入操作无线模块的程序实现小车和从单片机进行命令和数据交换。由于NRF24L01的传输速度快，加入模块之后基本上不影响小车的运行效果，但是加大了代码的容量和复杂度。经过实际的实验操作调试，发现此想法可行，有不错的运行效果。
小车上电复位之后，停止在原地等待从机的启动命令。一旦接收到从机发送的启动命令，马上开始运行。并实时把跷跷板的倾斜角度和小车左右轮的速度发送回来给从机接收。然后通过串口把数据显示在PC机的上位机上。
3.7 LABVIEW上位机的制作：
我们采用labview软件来制作我们所需要的上位机软件，该上位机是基于串口链接的基础上的。用labview上与串口相关的控件实现PC机与从单片机之间的
连接。用COM连接、VISA配置串口、属性节点、VISA 读取、VISA写入、VIASA关闭这六个函数就可以实现PC机与单片机之间
的串口连接。用匹配模式函数可以把从单片机传上来的字符串分解成各个部分。加上其他一些函数空间对数据的转化和处理便可在电脑上通过前面板上把数值以指针和量表的形式显示出来。
最终制作好的上位机部分底层函数框图如下：
最终制作好的上位机前面板如下：
四、软件设计
1、小车上电后程序流程图如下所示：
小车上电1.复位是否接收到指令
基础部分2.发挥部分
初始化无线
2.基础部分程序流程图如下图：
小车倒退蜂鸣器响前后开始
开始计时
液晶初始化
读取角度值
角度是否小于0
小车全速前进
一小段距离
小车是否平衡读取角度值
并开始计时5秒
停止500ms
速度衰减
进300ms
退300ms
小车全速前进
到达终点？
小车全速后退
到达终点？
停车五秒
小车停止是否
否
是
否
是
是
否
显示各段用时
回到待命状态
3.发挥部分程序流程图如下图：
倒退（前进）蜂鸣器响前后液晶显示是
开始
开始计时
液晶初始化
读取角度值
一小段距离
小车是否平衡读取角度值
2秒停止800ms
速度衰减
进400ms
退400ms
是否
“已经平衡”
小车仍平衡？角度值<0?
全速前进
全速后退
状态改变？是否
是
否
返回发挥部分初始化状态
否
4.小车循迹转向部分：
五、系统功能测试
基础部分：不同状态下电动车行驶和停留时间测量数据A点到达中点第一次第二次第三次时间（秒） 6 5 6
寻找平衡第一次第二次第三次时间（秒）35 38 37
中点平衡第一次第二次第三次时间（秒） 5 5 5
中点到B点第一次第二次第三次时间（秒） 5 6 6
退回原地第一次第二次第三次
时间（秒）50 51 56
电动车从起始端A出发，在6秒钟内行驶到中心点C附近；35秒钟之内，电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，并给出明显的平衡指示；电动车从平衡点出发，5秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）；电动车在B点停止5秒后，10秒钟内倒退回起始端A，完成整个行程；在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，最终并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。
发挥部分：打破平衡后电动车重新平衡所用时间的测量数据
寻找第一次第二次第三次
时间（秒）35 40 37
电动车从A点出发，在6秒内达到平衡位置，35秒内找到平衡，并给出明显的指示。平衡之后，若平衡被打破，小车可在35秒之内重新找到平衡，并给出明显的指示。如此循环，再平衡稳定后，若收到PC机的返回指令，可在8秒之内回到原点(A点)。
六、总结
本系统不仅完成了题目要求的基本功能而且还完成了扩张部分。并且增加了无线命令启动，和上位机控制的功能。通过数N5110液晶和电脑上位机的显示，能够直观、形象的显示小车的状态。我们的小车能在规定的时间内完成基础部分和发挥部分的所有功能，完成一个部分功能之后小车并不需要复位重启，可以直接接收上位机的指令重新启动基础部分或者发挥部分的演示功能，实现了小车在不同能之间的转换。
七、附录
由于程序逻辑比较复杂，用到的相关模块较多，所以最后写好的程序代码非常大，不好直接导入报告中，所以我们只是列出程序中代码中封装好的头文件和源代码文件。
注：以下相关代码封装文件均是我们小组独立封装完成。
下面是程序中用到的相关封装代码头文件和源文件：
小车单片机：
Main.c // 主程序源代码
Dianji.h // 控制电机相关及PWM输出的头文件
Dianji.c // 控制电机相关及PWM输出的源代码
Mpu6050.h // 读取mpu6050数据相关的头文件
Mpu6050.c // 读取mpu6050数据相关的源代码
N5110.h // N5110液晶控制相关头文件
N5110.c // N5110液晶控制相关源代码
Nrf24l01.h // nrf24l01无线通信相关头文件
Nrf24l01.c // nrf24l01无线通信相关源代码
Time.h // 定时器1控制陀螺仪采样率相关头文件Time.c // 定时器1控制陀螺仪采样率相关源代码Suanfa.h // 算法公式及参数设定的相关头文件
Suanfa.c // 算法公式及参数设定的相关源代码
从机单片机：
Main.c // 主程序源代码
Nrf24l01.h // nrf24l01无线通信相关头文件
Nrf24l01.c // nrf24l01无线通信相关源代码
Usart.h // 串口通信控制相关头文件
Usart.c // 串口通信控制相关源代码
电动车跷跷板设计
电动车跷跷板设计报告 山东交通学院禹海岱刘晓君董立国 摘要:为了满足电动车跷跷板的设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定，系统以凌阳16位单片机SPCE061A作为电动车的控制核心,选用了上海直川科技有限公司生产的ZCT245AL-TTL型倾角传感器测量跷跷板水平方向倾角，该传感器灵敏度高、重复性好且输出485信号便于与单片机接口；对于关键的小车动力部分，经过充分比较、论证，最终选用了控制精确的步近电机，其最小步进角0.9度，易于平衡点的寻找；通过红外对管TCRT5000寻迹，实现了小车走直线等功能；系统显示部分选用图形点阵式液晶显示器OCJM4*8C，串行接口，编程容易，美观大方。采用单片机内部时钟实现精确计时。最后的实验表明，系统完全达到了设计要求，不但完成了所有基本和发挥部分的要求，并增加了路程显示、全程时间显示和语音播报三个创新功能。 关键词：倾角传感器，红外对管，步进电机，SPCE061A 1.系统方案 1.1 实现方法 本题要求设计并制作一辆电动小车，能实现在跷跷板上运动且在不同配重的情况下保持平衡等功能。我们想利用电机控制小车运行，角度传感器测量跷跷板水平方向倾角来确定小车何时达到平衡，利用寻迹模块实现小车沿直线行走以及在A点外某处能自动驶上跷跷板，还有显示模块以及语音模块等做为人机界面，实现显示及语音提示等功能。上述各模块的方案论证如下。 1.2 方案论证 1.2.1 控制器模块 方案一：采用ATMEL 公司的AT89C51。51单片机价格便宜，应用广泛，但是功能单一，如果系统需要增加语音播报功能，还需外接语音芯片，实现较为复杂；另外51 单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。 方案二：采用凌阳公司的SPCE061A 单片机作为控制器的方案。该单片机I/O 资源丰富，并集成了语音功能。芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度。 根据本题的要求，我们选择第二种方案。 1.2.2 电机模块 电机模块选择是整个方案设计的关键，按照设计要求，小车需在C点和有配重的情况下分别达到平衡状态，这需要对小车的精确控制，而且小车制动性能要好。因此普通直流电机不能满足要求。 方案一：采用直流减速电机控制小车的运动，直流减速电机力矩大，转动速度快，但其制动能力差,无法达到小车及时停车的要求。
跷跷板
《跷跷板》教学设计 ——三年级下册第一单元 一、教材分析： 本课以跷跷板为探究的切入点，研究杠杆的平衡原理及天平的结构特点。但是，在本单元以“力”为探究主题的构建模式指导下，玩跷跷板、保持杠杆平衡也用到重力、压力等。另外，本单元各课例均有“游戏”的成份，跷跷板是学生生活中经常玩的一种玩具，让孩子们在玩中发现，探究有关平衡的科学规律，激发科学探究的兴趣。 二、教学目标： 1、能用观察、体验和已有知识经验对杠杆尺平衡作出假设***解释；能通过观察、实验等方式认识杠杆尺的平衡规律。 2、善于在游戏中发现、提出问题；关心人们运用杠杆平衡的技术成果；愿意合作与交流；乐于用学到的知识改善生活。 3、知道杠杆尺的平衡条件；了解生活中的平衡现象； 三、学情分析： 三年级学生学习科学课的热情很高，爱观察，爱实验，爱游戏，但由于年龄特点，他们还不能对身边的事物、游戏等产生科学的认识，因此有待于教师进一步引导，引领他们去发现游戏中的科学，进行有趣的科学探究活动。 四、教学重难点： 教学重点：能通过观察、实验等方式认识杠杆尺的平衡规律。 教学难点：杠杆尺的平衡条件
五、教学准备： 1、学生课前玩一玩跷跷板 2、教师准备：支架、杠杆尺、直尺、钩码、蜡烛、实验记录表、制作多媒体课件等。 六、教学过程： （一）回忆游戏提出问题 1、师生谈话：同学们玩过跷跷板吗？（玩过）在玩跷跷板时，有什么发现或问题？（师板书：跷跷板） 2、学生充分汇报交流发现，提出问题。（发现：跷跷板一边高，一边低；重的一边把轻的一边压起来了；有时轻的也能把重的翘起来；有时两边一样高，是平的…… 问题：为什么小同学能把大同学跷起来？为什么不同体重的人能使跷跷板平衡？在什么情况下，跷跷板才能平衡？……） （二）猜想假设尝试解释 1、谈话：同学们发现了许多有趣的现象，也提出了一些有价值的问题，总之大家都想知道跷跷板保持平衡的秘密。我们猜一猜，到底是怎么回事？ 2、生猜测：可能与两边的重量有关，重的一边往下落，轻的一边会往上升。 还可能与位置有关…… （三）合作探究表达交流， 1、师介绍杠杆尺，请大家用杠杆尺证明自己的猜测：怎样才能使杠
电动车跷跷板设计报告
电动车跷跷板 学校：滨州学院 参赛学生：王璐 李润国 乔文静 专业：电子信息科学与技术 机械设计制造及其机器自动化指导教师：贾荣丛、高坤
电动车跷跷板 摘要： 本系统采用AT89S52作为主控制芯片，再加上黑白传感器、角度传感器等传感器，完成了规定时间内定点停车、保持平衡，倒车至指定位置、能够沿直线行进基本的功能。 关键词：AT89S52，黑白传感器，角度传感器。 Abstract: This system with AT89S52 for core controller, realization pass to add Black-and-white sensor, Angle Sensors and LCD. To spread feeling to equip completion provision time to be a little bit already decided parking and hold the balance in refit behind small car bodywork towards refitting behind commonly the intelligence of the car control, reverse the car to appointed position, advance along the straight lineof essential function. Keyword: AT89S52, Black-and-white sensor, angle sensor.
目录 1.系统方案 (4) 1.1 微控制器模块 (4) 1.2车体设计 (4) 1.3电机模块 (5) 1.4电机驱动模块 (5) 1.5寻迹传感器模块 (5) 1.6 角度传感器模块 (6) 1.7电源模块 (6) 1.8显示模块 (6) 1.9最终方案 (6) 2.主要硬件电路设计 (7) 2.1电机驱动电路的设计 (7) 2.2黑白线检测电路的设计： (7) 2.3角度检测电路的设计： (8) 3.软件实现 (9) 3.1理论分析 (9) 3.2总体流程图 (9) 3.3直线调节流程图 (10) 3.4平衡调节流程图 (11) 3.5返回流程图 (12)
电动车跷跷板报告
电动车跷跷板报告 【摘要】：本系统采用遥控电动小汽车改装而成，主要由89C52和模拟电路为核 心器件，实现对智能电动车行驶的自动控制。整车长23 厘米，宽5厘米，运行性能良好，符合设计要求。电动车平衡检测使用倾角传感器。电动智能小车电路由平衡检测电路、计时显示电路、电机驱动电路等组成，它不需要遥控就能按要求行走。 一、方案的选择与论证 根据题目要求，系统可以以划分为几个基本模块，如图1.1所示 图1.1 1、步进电机驱动调速模块 方案一：采用与步进电机相匹配的成品驱动装置。使用该方法实现步进电机驱动，其优点是工作可靠，节约制作和调试的时间，但成本很高。 方案二：采用集成电机驱动芯片LA298。采用该方法实现电路驱动，简化了电路，控制比较简单，性能稳定，但成本较高。 方案三：采用互补硅功率达林顿管ULN2003实现步进电机的驱动。采用该方法实现步进电机的驱动，电路连接比较简单，工作也相对可靠，成本低廉，技术成熟。 基于上述理论分析，最终选择方案三。 2、平衡检测模块 方案一：采用精密的倾角传感器，这种传感器对应每个角度输出一个固定电流。可以实现精确控制，但价格昂贵。 方案二：采用简易的倾角传感器，它直接输出一个开关量。当其与地面垂直时，两触点断开；若倾斜角度超出一定范围，两触点短接。这种传感器价格低廉，使用方便。 基于上述分析，最终选择方案二。 3、显示模块 方案一：采用数码管显示。数码管具有经济、低功耗、耐老化和精度比较高等优点，但它与单片机连接时，需要外接存储器进行数据锁存。此外，数码管只能显示少数几个字符。 方案二：采用LCD进行显示。LCD具有功耗低、无辐射、显示稳定、抗干
跷跷板小车制作
电动车跷跷板 设计任务： 设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。 图1 起始状态示意图 设计思路：因为小车要在跷跷板上自动寻找平衡点所以要有一个平衡装置当小车倾斜时小车就会向前或后走的地方走而达到平衡。因为翘翘板的宽度较小所以要小车按固定的直线行走，小车要时刻记时所以用电子显示装置计时。 基本设计 （1）平衡部分 因为小车在板上寻找平衡点所以要用到平衡装置有以下三个方案 方案一：利用SCA100T传感器。 SCA100T优点：（1）双轴倾角传感器。 （2）测量范围0.5g或者1g。 （3）单极5伏供电，比例电压输出。 （4）长期稳定性非常好。 （5）高分辨率，低声，工作温度范围广。 缺点：灵敏度太高，价格昂贵，抗干扰能力差。 方案二：利用水银开关。 优点：（1）价格低，容易买到。 （2）制作方便，操控性好。 （3）工作范围广 缺点：不稳定，水银液体不太容易控制。 方案三：利用旋转型可调电阻和铅坠。
优点：（1）价格低，容易组装。 （2）操控性好，灵敏度高。 （3）可以利用电阻的变化算出倾斜角。 缺点：有摩擦影响，受外界影响。 综上所述：经比较方案三比较好实验室中可以找到所用器材，可以通过电阻的变化算出倾角，价格较为便宜。 方案三的具体方法：首先将可变电阻的旋钮与铁杆连接起来，铁杆的另一端是较重的铅锤。当小车的倾角变化时由于铅锤的重力作用在小车的带动下可变电阻的阻值产生变化，电压或电流发生变换传给单片机从而控制小车来找平衡点。 平衡装置原理图：
电动车跷跷板说明书(1)
电动车跷跷板 设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。在不加配重的情况下，电动车完成以下动作： （1）电动车从起始端A出发，在30秒钟内行驶到中心点C附近。 （2）60秒钟之内，电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，给出明显的平衡指示。 （3）电动车从（2）中的平衡点出发，30秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）。 （4）电动车在B点停止5秒后，1分钟内倒退回起始端A，完成整个行程。 （5）在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。 图10.9.1 起始状态示意图 图10.9.2 平衡状态示意图 【项目知识点和技能点】 1、步进电机的应用和控制。
2、自动寻迹系统原理与应用。 3、角度传感器的原理和应用。 4、PTR8000无线发送与接收模块的应用。 5、AT89s52单片机模数转换的原理和应用。 8.2.2 总体设计方案 以单片机AT89S52为主要控制芯片，查询按键的输入，传输各种参数的显示，两台电机的正反转和速度控制以及两台电机的协调运动，负责光电检测信号的接收和对信号的处理，从而能够确定小车轨迹，在B点停止和返回，并最终停止。 角度传感器把角度信号输给单片机，把检测到的角度和基准角度比较，从而确定翘翘板的平衡点。寻找平衡点时主要是采用PID闭环控制算法，在小车行驶过程中每当小车翻过平衡点的时候都令小车向后退一段路程，直到小车再次翻过平衡点，小车再次向前行驶一段比前一段要小的距离直到翻过平衡点，最终找到平衡点。系统框图如8-13所示，由如下几个模块组成 控制模块——采用AT89S52单片机控制。 电机选择模块——采用四线两相步进电机。 显示模块——采用1602LCD液晶显示屏进行显示。 光电检测模块——采用反射式光电传感器检测跷跷板上黑线。 电机驱动模块——采用步进电机驱动电路。 角度检测模块——采用角度传感器检测。 【项目准备】 1、项目原理 本系统共可分为两部分：跷跷板平衡检测系统，以AT89s52单片机为控制核心， 将角度传感器连接在跷跷板中心的转动轴上以检测跷跷板摆动角度，，并通过无线 通讯模块将数据发送给电动车系统。 电动车系统也以AT89s52为控制核心，以两个步进电机分别与左右车轮同轴相连来作为电动车的动力装置，采用光电传感器检测引导线，利用无线通讯模块接收跷跷板 平衡检测系统发送的数据，单片机对数据进行智能分析，调整小车前进速度和方向，使跷跷板达到平衡状态。在电动车到达指定位置时，给出声光提示，同时液晶显示 屏显示时间和小车当前状态。其原理图如图10.9.3所示： 图10.9.3 电动车跷跷板系统原理图
电动车跷跷板(J题)
电动车跷跷板（J题） 【高职高专组】 一、任务 设计并制作一个电动车跷跷板，要求跷跷板起始端一侧装有可移动的配重物体，配重物体位置可调范围不小于400mm。电动车从起始端出发，按要求自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。 图1起始状态示意图 图2平衡状态示意图 二、要求 1．基本要求 （1）先将跷跷板固定为水平状态，电动车从起始端A位置出发，行驶跷跷板的全程(全程的含义：电动车从起始端A出发至车头到达跷跷板顶端B位置)。停 止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A，电动车能 分别显示前进和倒退所用的时间。前进行驶在1分钟内、倒退行驶在1.5分钟 内完成。 （2）跷跷板处在图1所示的状态下（配重物体位置不限制），电动车从起始端A出发，行驶跷跷板的全程。停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷 跷板的起始端A，电动车能分别显示前进和倒退所用的时间。前进行驶在1.5 分钟内、倒退行驶在2分钟内完成。
2．发挥部分 （1）由参赛队员将配重物体设定在可移动范围中的某位置，电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间不小于5秒，同时发出声光提示，电动 车显示所用的时间。全过程要求在2分钟内完成。 （2）在可移动范围内任意设定配重物体的位置（由测试人员指定），电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间不小于5秒，同时发出声光提示， 电动车显示所用的时间。全过程要求在2分钟内完成。 （3）其他。 三、说明 1.跷跷板长1600mm、宽300mm。为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。 2.跷跷板中心固定在直径不大于40mm的圆轴上，圆轴两端支撑在两个支架上，与 支架圆滑接触。跷跷板在图2所示的平衡状态下，跷跷板底距地面或桌面的距离为70mm。 3.允许在跷跷板面上画有寻迹线。 4.电动车（含车体上的其它装置）的外形尺寸规定：长≤300mm，宽≤200mm。测试 过程中电动车外形尺寸不允许变动。 5.电动车不允许采用有线或无线遥控，电动车自身应具备转弯功能。 6.电动车行驶距离的测量以车尾为基准。 7.平衡状态的含义是：当跷跷板出现上下摆动，且B端底部与水平状态的偏移量≤ 60mm范围内时，可视为进入平衡状态。 四、评分标准
跷跷板设计图
摘要 本设计使用89C52单片机为主的微处理器作为电动车跷跷板的检测和控制核心，从而达到小车按迹寻规，正确行驶和精确显示等目的。当系统电路采用由激光发射管射到黑带时，接收管未检测到信号，输出端为低电平。当激光发射管射到地面或跷跷板时，它反射回来的光会被接收管检测到信号，输出端会输出一个高电平。此时检测到的信号会经过放大送到单片机处理，从而控制电机的正反转，并且使液晶显示器显示出一段路程的时间。在设计电动小车自动平衡系统中，包括中心处理单元、电机驱动、轨迹检测、角度检测、状态指示和用户接口等模块。系统采用光电检测电路和角度传感器构成闭环反馈电路，实现小车自动在跷跷板上寻找平衡点。采用激光对管检测引导线，控制行驶轨迹，液晶实时显示系统状态信息。 1、方案论证与比较 1.1系统方案 该系统由寻迹模块、单片机控制模块，电机执行模块，显示电路模块等构成。根据各模块实现的功能及所能达到的要求，通过电路分析总结出几种不同的方案。 1．1控制器部分 方案一采用常用的89C51控制。技术比较熟练，应用广泛，现在的51系列技术硬件发展的也非常得快，也出现了许多功能非常强
大的单片机，因此使用单片机可以实现要求的基本功能。但是为了实现多组预存信息,必须外加具有掉电存储功能的EEPROM,这增加了系统的复杂程度。而且在执行动态刷新的时候读取EEPROM的速度慢，刷新频率受到限制。 方案二应用ARM，ARM是一种功耗很低的高性能处理器，技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。方便、安全、高效。作为嵌入式领域中最为广泛使用的32位处理器结构体系，ARM已经成为多个应用领域的标准CPU。ARM处理器技术正在成为多数嵌入式高端应用开发的首选。ARM2138芯片具有高达32KB的内存作为数据的缓冲区，因此能够实现非常快的读取速度。并具有丰富的I/O资源，而且其外围电路简单,在片内即可实现所有控制。简化了整个系统的复杂程度. 通过比较，我们选择方案二。 1.2寻迹部分 跷跷板板面我们采用优质KT板，在翘翘板中心贴25mm宽度的黑胶带作为电动车的引导。 方案一采用红外探测器。红外发射端二进制数字信号调制成某一频率脉冲形成发射出去，接收管一接收到的光脉冲转换成为电信号经
年全国大学生电子设计大赛控制类赛题
第三届（1997 年）全国大学生电子设计竞赛题目 C 题水温控制系统 一、任务 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1 升净水，容器为搪瓷器皿。水温可 以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1．基本要求 （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用十进制数码管显示水的实际温度。 2．发挥部分 （1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调 节时间和超调量。 （2）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （3）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。三、评分意见 第五届（2001 年）全国大学生电子设计竞赛题目 C 题自动往返电动小汽车 一、任务 设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽'BB车。允许用玩具汽车改装，但 不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。
跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。 在跑道的B、C、D、E、F、G 各点处画有2cm 宽的黑线，各段的长度如图1 所示。 二、要求 1．基本要求 （1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10 秒， 然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。 （2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中 心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。 （3）D～E 间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8 秒，但不允 许在限速区内停车。 2．发挥部分 （1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。 （2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。 （3）其它特色与创新。 三、评分标准 四、说明 （1）不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置。 （2）车辆（含在车体上附加的任何装置）外围尺寸的限制：长度≤35 cm，宽度≤15cm。（3）必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目 简易智能电动车（E 题） 一、任务
电动车跷跷板程序
我自己写的电动车跷跷板程序,做了一个1602菜单(只用了3个键哟!),使用步进电机,采用折半查找法寻找平衡点,最小步进达到1mm,还有很多其他功能,自己用51单片机试试看,这个是源程序,文库里还有个报告，加上一句我用的是倾角传感器，用AD采样算倾角。 #include
银川电动车制造项目建议书
银川电动车制造项目 建议书 规划设计 / 投资分析
摘要 在刚刚过去的2019年，政府针对电动车行业乱象展开了集中整治，出 台了新国标，而新国标重点关注的便是电动车车速、电机功率、电池电压。 该电动车项目计划总投资21647.54万元，其中：固定资产投资 16308.27万元，占项目总投资的75.34%；流动资金5339.27万元，占项目 总投资的24.66%。 达产年营业收入47254.00万元，总成本费用35805.88万元，税金及 附加411.41万元，利润总额11448.12万元，利税总额13438.58万元，税 后净利润8586.09万元，达产年纳税总额4852.49万元；达产年投资利润 率52.88%，投资利税率62.08%，投资回报率39.66%，全部投资回收期 4.02年，提供就业职位891个。 充分依托项目承办单位现有的资源或社会公共设施，以降低投资，加 快项目建设进度，采取切实可行的措施节约用水。贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防工程“同时设计、同时建设、同时投产” 的总体规划与建设要求。 电动车行业分析表示，过去的二十年中，我国电动自行车产业从无到有，产品由零星使用到大范围普及，发展至今其市场规模在全球范围内居 于首位。经过多轮行业洗牌后，电动自行车行业属于竞争较为充分的行业，市场化程度高、市场集中度较低，但随着市场的优胜劣汰，电动自行车生
产企业在规模、盈利能力、竞争力和市场影响力上逐渐拉开了距离，层次化明显。 报告主要内容：项目概述、建设背景、产业研究、产品规划分析、项目建设地研究、工程设计说明、工艺说明、环境保护、清洁生产、项目职业安全管理规划、项目风险性分析、项目节能分析、项目进度计划、投资方案、经济评价分析、综合评价说明等。
电动车跷跷板设计报告
摘要： 本课题组设计制作了一款智能自动小车。小车具有以下几个功能：寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；计算并显示所走的路程和行走的时间，变速行驶，自动寻找平衡点使跷跷板达到平衡。 该作品基于凌阳16位单片机SPCE061A用直流电机作为驱动，通过各种传感器来采集信息，并送入主控单元SPCE061/单片机进行处理，并产生相应的动作，以达到自身控制。电机控制电路包括方向控制单元和速度控制单元两大部分。角度检测部分由角度传感器产生信号后送入单片机；黑带检测和速度检测部分都是利用红外线对射方式，在小车的车轮粘上一个挡光圆所料片圈，并在上面开一些透光孔，通过设定固定时间来计量车轮转过圈数进而测出速度。控制单元接收到信号后，通过程序控制来完成相应动作，实现了无人控制即可完成设计需要动作。
系统方案论证与比较 方案一：通过搭建各种数字电路来组合成小车的控制系统， 对扩展的黑线检测，速度检测，角度测 量等信号进行处理。本方案设计电路复杂，扩展性不好，实现起来比较困难。 方案二：采用凌阳16位单片机SPCE061A 来作为系统的控制单元。红外线探头采用市面上通用的 发射管与及接收头，经过 LF358放大后送入单片机；角度传感器采用分辨率可以达到小于等度的 WQH36-45倾角传感器，它所产生的信号通过A/D 转换成数字信号进行处理。此系统设计起来比较 简单，可扩展性较强，灵活性较好，各类功能也易于实现。所以决定采用方案二，其系统的结构框 图如下图所示： 比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能够很好地达到设计题目的要 求，因此采用方案二来实现。该系统的结构框图如下图所示： 广黑带检测 61 单 片 机 A 红外线接收
跷跷板
电动车跷跷板 摘要：本设计以P89V51RD2FN 单片机为电动小车的控制核心，采用MSA-LD2.0倾角传感器实时测量跷跷板的倾斜角，用ST198光电传感器检测黑色引导线监测小车运动。光电传感器和倾角传感器模块把实时测量信号馈送至单片机，利用专用细分芯片TA8435H 驱动步进电机，以脉宽调制式斩波方式对步进电机步进角进行细分，控制和调节小车速度。采用增量式PID 控制算法确保小车能够达到平衡；用RT128×64M 液晶显示时间、角度等参数。经测试表明：小车各项性能指标达到设计要求，能够实现30秒内小车行驶到规定点，并保持跷跷板平衡；在跷跷板一端配重可调整的情况下，小车也能自动找到平衡点并保持跷跷板平衡。 关键字：电动车、倾角传感器、步进电机、增量式PID 控制 1 系统方案 1.1 设计思路 根据设计要求，系统可分为控制部分和信号检测部分。其中信号检测部分包括：路面检测模块，角度测量模块；控制部分包括：电机驱动模块，显示模块，控制器模块。小车的基本模块方框图如图1.1.1所示。 1.2 模块方案论证与选择 1.2.1控制器模块 根据设计要求，控制器主要用于各传感器信号的接收分析、判断和控制小车电机的动作，控制运行时间、平衡时间等参数显示。采用Philips 公司的P89V51RD2FN 作为系统控制器就可以实现控制要求。该单片机算术运算功能强，软件编程灵活，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。它功耗低、体积小、成本低，而且响应时间是完全可以满足系统要求。 1.2.2 电机及其驱动模块选择 步进电机是一个数字控制电动机。它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机轴就转动一个角度，适合于单片机控制。故采用步进电机作为小车驱动。 方案一：使用L298N 芯片驱动电机 L298N 可以驱动直流电机和步进电机，本设计中考虑到电机的带负载能力以及控制小车行驶的精度问题所以选择用步进电机。L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可直接通过电源来调节输出电压，直接用单片机的I/O 口提供信号。 方案二：采用TA8435H 细分芯片驱动步进电机。使用细分方式，能很好的解决步进电机在低频工作时，振动大、噪声大的问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步距角的细分。跟用L298N 比较：调试简单，最大1/8细分，低速运行震动噪音小；不但简化了电路而且该芯片价格更加便宜。 通过综合比较为达到最佳驱动效果，选择TA8435H 芯片驱动步进电机。 图1.1.1 小车的基本模块方框图
电动车跷跷板设计
2014年西安邮电大学第五届TI杯 大学生电子设计竞赛 设计报告 参赛序号 97 参赛题目电动车跷跷板 参赛队员 指导教师 报告日期 2014.4.19-2014.4.20
电动车跷跷板设计报告 摘要: 本设计是一种基于ARM单片机控制的简易智能自动小车系统。我们进行了各个单元电路方案的比较论证以及确定，系统选用Mini STM32板子作为电动车的控制核心,利用红外光电传感器TCRT5000在跷跷板上进行寻迹，实现小车走直线功能，对于平衡点的寻找，选用MMA7361LC倾角传感器测量跷跷板水平方向倾角，对于关键的小车动力部分，经过充分比较、论证，最终选用了控制精确的步进电机，其最小步进角0.9度，系统显示部分选用液晶显示器TFTLCD，编程容易，美观大方。采用单片机内部时钟实现精确计时。 关键词：倾角传感器，红外对管，步进电机，Mini STM32 Abstract : This design is a kind of simple intelligent automatic car based on ARM single chip microcomputer control system.We compare each unit circuit scheme of argument and determined,System chooses the Mini STM32 board as the control core of electric cars,u sing the infrared electric sensors TCRT5000 tracing on the seesaw,The car in a straight line function,For finding a balance, choose MMA7361LC Angle sensor on the seesaw horizontal Angle.For key car drive part, been fully comparison, finally chose precise stepper motor control, the minimum step Angle of 0.9 degrees.System displays part chooses LCD TFTLCD, easy programming, the beauty is generous.MCU internal clock to achieve precise timing. Keywords :tilt angle sensor,infrared sensor,stepper motor,Mini STM32
电动车跷跷板论文(国赛题目)
江苏大学第六届电子设计竞赛电动车跷跷板作品论文 参赛队员：黄余 周杰 刘治岐 二零一四年四月
摘要 本电动车跷跷板是以铁板为车架，msp430单片机为控制核心，加以直流减速电机、LN298驱动电路、mpu6050陀螺仪、红外光电传感器、N5100液晶、NRF24L01无线模块以及稳压电源电路以及其他电路构成。系统由msp430通过IO口控制小车的前进后退停止平衡以及转向，并通过NRF24L01把小车同电脑上位机连接，进行命令控制和数据发送。寻迹由CTRT5000型红外光电对管完成，平衡由mpu6050陀螺仪完成，用L298N驱动直流减速电机，同时本系统用N5100液晶显示，以显示当前电动车的运动状态以及各部分运行时间。 关键词：msp430 NRF24L01 L298N 直流减速电机红外光电传感器 mpu6050陀螺仪 N5100液晶 Abstract the electric vehicle seesaw is an iron plate frame, MSP430 single chip microcomputer as control core, to DC gear motor, LN298 drive circuit, mpu6050 gyroscopes, infrared photoelectric sensor, N5100 LCD, NRF24L01 wirelessmodule and a power supply circuit and other circuit. The system consists of MSP430 through the IO port to control the car forward and back stop balance and steering, and through the NRF24L01 car to car with computer PCconnection, command control and data transmission. Tracing by CTRT5000 type infrared photoelectric tube finish, balanced by mpu6050 gyroscope, L298N driven dc gear motor, at the same time, the system used N5100 liquid crystal display, to show the motion state of electric vehicles and parts of the running time. Keywords: MSP430 NRF24L01 L298N DC motor and infrared photoelectric sensor mpu6050 gyroscope N5100 LCD
电子设计-电动车跷跷板
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SPCE061A 16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：This system takes two SPCE061A 16 bit microprocessor as the control center, one fixed on the car and another connected with keyboard and LCD handed by the controller. In this system, wireless is used to complete the two processors` communication to acquire a perfect interface between the controller and the whole control system. The car with four wheels is driven by two stepper motors, and through the angle sensitive gathering the information about the teeterboard’s equinity condition and then send to the microprocessor. The system takes the PID as main control method, through a progress of two pulse damping response, the car and the teeterboard finally reach an equinity condition. Keywords: SPCE061A microprocessor, angle sensor, light sensor, 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SPCE061A 16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，
跷跷板设计
电动车跷跷板（F题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。 配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。 电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。 二、要求 1.基本要求 在不加配重的情况下，电动车完成以下运动： （1）电动车从起始端A出发，在30秒钟内行驶到中心点C附近； （2）60秒钟之内，电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，并给出明显的平衡指示； （3）电动车从（2）中的平衡点出发，30秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）； （4）电动车在B点停止5秒后，1分钟内倒退回起始端A，完成整个行程； （5）在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。 2.发挥部分 将配重固定在可调整范围内任一指定位置，电动车完成以下运动： （1）将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点 300mm以外、90°扇形区域内某一指定位置（车头朝向跷跷板），电动车能够自动驶上跷跷板，如图3所示： （2）电动车在跷跷板上取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上； （3）将另一块质量为电动车质量10％～20％的块状配重放置在A至C间指定的位置，电动车能够重新取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上； （4）电动车在3分钟之内完成（1）～（3）全过程。 （5）其他。 三、说明 （1）跷跷板长1600mm、宽300mm，为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。 （2）跷跷板中心固定在直径不大于50mm的半圆轴上，轴两端支撑在支架上，并保证与支架圆滑接触，能灵活转动。 （3）测试中，使用参赛队自制的跷跷板装置。
电动车毕业设计
第一章概述 1.1设计的主要目的和意义 此次设计的目的是掌握产品造型的设计，包括材料、尺寸的合理选择，灵活运用制作技术、形态表达语言，根据人机工程学和美学来设计电动自行车的尺寸和颜色。 根据同类型产品的类比和设计，力学分析，考虑人机工程学中的人体尺寸和人的舒适程度来综合设计电动自行车的尺寸。 设计的目的其实包括好几个层面，第一，加工工艺的了解；第二，进一步提出不同材质的优化组合课题；第三，探究材料与产品结构、功能的有机联系；第四，熟悉产品结构连接件的运用；第五，产品形态讨论；第六，寻求产品设计制作的个性化等等。 通过这半年的设计，我们很好的复习了已经学过的课程，并对部分材料的应用有了一定了解，在颜色搭配上也有了一定的学习，而且能熟练操作制图软件和办公软件。对我们以后在工作上有很大的帮助。 1.2国内外电动自行车的发展情况 为创造市场需要，适合老弱妇孺各种年龄层骑乘自行车，国外厂商多年前即开始研制辅助驱动自行车并且在新电池和驱动机械马达技术成熟发展之下，电动自行车应运而生。海外发展较早的要数日本、奥利地、德国、台湾等国家和地区，近几年美国发展也比较快。国外的电动自行车主要是作为一种轻松代步及休闲健身工具。例如，在大型的停车场、超市和旅游区里使用。从1994到1999年6年时间中，全球电动自行车数量，从3.6万辆剧增1600万辆，如按2%算，电动车需要量会在30万辆以上。同时，东南亚、中东、印度增到50万辆，而在2000年，仅日本就需要50万辆。总体来说，电动自行车在全球的潜在市场很大，并呈上升趋势。 日本电动车的生产及技术都占世界领先地位，商品化的电动自行车由日本雅马哈公司率先于1994年推出，并随着本田、三洋、松下等知名公司的参与，生产规模日益放大。但日本对电动自行车的使用管理上采取了严格限制，日本只许智能型电动自行车上路，并对智能型电动自行车的要求制定了很严格规定。具体有:在任何路况情况下，速度小于15km/h时，人力:电助力大于等于1，即电助力不允许大于人力，但电助力接近于人力;在任何路况情况下，速度大于15km/h时，速度每增加1km/h，电助力下降1/9;速度小于等于24km/h时，整车电助动系统关闭;人力蹬踏开始后1秒钟之内，电助动系统按上述开始要求工作:人力蹬踏停止后l秒钟之内，整车电助动系统关闭;为了节约电能，智能型电助自行车停止运行一定时间(一般为3一5分钟)后，整车处于休眠状态。