版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、作者:Pan Hon glia ng僅供個(gè)人學(xué)習(xí)2007年F題電動(dòng)車蹺蹺板設(shè)計(jì)時(shí)間:2009-04-01 09:12來(lái)源:競(jìng)賽組委會(huì) 作者:山東交通學(xué)院禹海 點(diǎn)擊:1385次 系統(tǒng)以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061舲為電動(dòng)車的控制核心,選用了上海直川科技 有限公司生產(chǎn)的ZCT245AL-TTL型傾角傳感器測(cè)量蹺蹺板水平方向傾角電動(dòng)車蹺蹺板設(shè)計(jì)報(bào)告山東交通學(xué)院禹海岱 劉曉君 董立國(guó)摘要:為了滿足電動(dòng)車蹺蹺板的設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行了各單元電路方案的比較論 證及確定,系統(tǒng)以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061舲為電動(dòng)車的控制核心,選用了上 海直川科技有限公司生產(chǎn)的ZCT245AL-TTL型傾角傳感器測(cè)量蹺蹺板水平
2、方向傾 角,該傳感器靈敏度高、重復(fù)性好且輸出485信號(hào)便于與單片機(jī)接口;對(duì)于關(guān)鍵 的小車動(dòng)力部分,經(jīng)過(guò)充分比較、論證,最終選用了控制精確的步近電機(jī),其最 小步進(jìn)角0.9度,易于平衡點(diǎn)的尋找;通過(guò)紅外對(duì)管 TCRT500C尋跡,實(shí)現(xiàn)了小 車走直線等功能;系統(tǒng)顯示部分選用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器OCJM4*8C串行接口,編程容易,美觀大方。采用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)精確計(jì)時(shí)。最后的實(shí)驗(yàn)表明, 系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,不但完成了所有基本和發(fā)揮部分的要求, 并增加了路 程顯示、全程時(shí)間顯示和語(yǔ)音播報(bào)三個(gè)創(chuàng)新功能。關(guān)鍵詞:傾角傳感器,紅外對(duì)管,步進(jìn)電機(jī),SPCE061A1. 系統(tǒng)方案1.1實(shí)現(xiàn)方法本題要求設(shè)計(jì)并
3、制作一輛電動(dòng)小車,能實(shí)現(xiàn)在蹺蹺板上運(yùn)動(dòng)且在不同配重的 情況下保持平衡等功能。我們想利用電機(jī)控制小車運(yùn)行,角度傳感器測(cè)量蹺蹺板 水平方向傾角來(lái)確定小車何時(shí)達(dá)到平衡,利用尋跡模塊實(shí)現(xiàn)小車沿直線行走以及 在A點(diǎn)外某處能自動(dòng)駛上蹺蹺板,還有顯示模塊以及語(yǔ)音模塊等做為人機(jī)界面, 實(shí)現(xiàn)顯示及語(yǔ)音提示等功能。上述各模塊的方案論證如下。1.2方案論證控制器模塊方案一:采用ATMEL公司的AT89C51 51單片機(jī)價(jià)格便宜,應(yīng)用廣泛,但 是功能單一,如果系統(tǒng)需要增加語(yǔ)音播報(bào)功能,還需外接語(yǔ)音芯片,實(shí)現(xiàn)較為復(fù) 雜;另外51單片機(jī)需要仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)軟硬件調(diào)試,較為煩瑣。方案二:采用凌陽(yáng)公司的SPCE061A單片機(jī)作為
4、控制器的方案。該單片機(jī)I/O 資源豐富,并集成了語(yǔ)音功能。芯片內(nèi)置 JTAG電路,可在線仿真調(diào)試,大大簡(jiǎn) 化了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試的復(fù)雜度。根據(jù)本題的要求,我們選擇第二種方案。1.2.2 電機(jī)模塊電機(jī)模塊選擇是整個(gè)方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵, 按照設(shè)計(jì)要求,小車需在C點(diǎn)和有配 重的情況下分別達(dá)到平衡狀態(tài),這需要對(duì)小車的精確控制,而且小車制動(dòng)性能要 好。因此普通直流電機(jī)不能滿足要求。方案一:采用直流減速電機(jī)控制小車的運(yùn)動(dòng),直流減速電機(jī)力矩大,轉(zhuǎn)動(dòng)速度快,但其制動(dòng)能力差,無(wú)法達(dá)到小車及時(shí)停車的要求。方案二:采用型號(hào)4B2YG的步進(jìn)電機(jī)控制小車的運(yùn)動(dòng),最小步進(jìn)角為 0.9 度,因此能實(shí)現(xiàn)小車的精確控制,而且當(dāng)不給步進(jìn)電
5、機(jī)發(fā)送脈沖的時(shí)候, 能實(shí)現(xiàn) 自鎖,從而能較好的實(shí)現(xiàn)小車及時(shí)停車的目的。經(jīng)過(guò)反復(fù)的比較、論證,我們最終選用了方案二。該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)加驅(qū)動(dòng)器 后與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單,控制方便。角度檢測(cè)模塊角度檢測(cè)模塊也是系統(tǒng)的重要組成部分,我們需要利用角度傳感器來(lái)測(cè)量蹺 蹺板水平方向傾角,當(dāng)傾角在某個(gè)范圍之內(nèi)的時(shí)候即可認(rèn)為蹺蹺板達(dá)到平衡狀態(tài)。 由于蹺蹺板最大傾角為5度左右,角度變化范圍較小,因此要求角度傳感器精度 高,頻率快。目前市場(chǎng)上適合的傳感器主要有以下兩種。方案一:采用深圳市華夏磁電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司的AME-B001角度傳感器,0- 360度測(cè)量范圍,但是安裝非常不方便,而且電壓輸出信號(hào),采集不便。方案二:采
6、用上海直川科技有限公司生產(chǎn)的 ZCT245AL-TTL頃角傳感器,測(cè) 量范圍45 + 45度,精度0.1度,輸出頻率10次/S,485信號(hào)輸出。在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,考慮到接口、安裝方便等因素,我們選擇了方案.。尋跡模塊通過(guò)尋跡模塊小車可實(shí)現(xiàn)沿預(yù)設(shè)軌跡行走,并可在距離蹺蹺板起始端A點(diǎn)300mm以外、90°扇形區(qū)域內(nèi)某一指定位置(車頭朝向蹺蹺板)自動(dòng)駛上蹺蹺 板。方案一:通過(guò)光電開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn),它測(cè)量距離較遠(yuǎn)。但是其體積大、成本高、安裝 起來(lái)比較麻煩。方案二:通過(guò)紅外對(duì)管來(lái)實(shí)現(xiàn),它測(cè)量距離近,但反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確。相比光 電傳感器而言,其體積較小,價(jià)格低,安裝較容易.考慮到性價(jià)比和簡(jiǎn)單易行的
7、策略,我們選擇方案二.顯示模塊方案一:用LED顯示,優(yōu)點(diǎn)亮度高、成本低。但不能顯示漢字,顯示內(nèi)容較 少。方案二:米用金鵬電子的圖形點(diǎn)陣式液晶 OCJM4*8C串行接口,顯示簡(jiǎn)單。 考慮到本題的要求,只需要一片 LCD就可以實(shí)現(xiàn),故我們選擇方案二。語(yǔ)音播報(bào)模塊方案一:通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)提示信息的播報(bào)。但是由于語(yǔ)音 芯片成本比較高,而且擴(kuò)展起來(lái)比較復(fù)雜,增加焊接難度和設(shè)計(jì)成本。方案二:采用SPCE061A!帶的語(yǔ)言模塊,簡(jiǎn)單方便,成本低。經(jīng)比較,我們選擇方案二。1.2.7 電源模塊方案一:鉛酸電池供電,優(yōu)點(diǎn)電流大,缺點(diǎn)重量太沉。方案二:電池組供電,可提供 800mAhfe流,重量很輕。
8、經(jīng)比較,我們選擇方案二,用兩組 9V電池組串聯(lián)給步進(jìn)電機(jī)供電,其中一 組經(jīng)LM7805轉(zhuǎn)換后給控制器、傳感器等模塊使用。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)上述方案論證,我們最終確定了以凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061的控制核心,采用型號(hào)為4B2YG勺步進(jìn)電機(jī)控制小車運(yùn)動(dòng),用上海直川科技有限公司生產(chǎn)的ZCT245AL-TTL頃角傳感器來(lái)測(cè)量蹺蹺板的水平傾角,禾用紅外對(duì)管尋跡實(shí)現(xiàn)走 直線等功能,還選用了金鵬電子的圖形點(diǎn)陣式液晶OCJM4*8(來(lái)實(shí)時(shí)顯示傾角、小車運(yùn)行時(shí)間、路程等,最終還利用凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A自帶語(yǔ)音功能實(shí)現(xiàn)小車平衡時(shí)語(yǔ)音播報(bào)。1.4結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)上面的分析論證,我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示
9、。2. 理論分析與計(jì)算根據(jù)題目說(shuō)明,只要蹺蹺板兩端與地面的距離差小于 40mm即可認(rèn)為平衡, 本設(shè)計(jì)通過(guò)傾角傳感器檢測(cè)蹺蹺板水平傾角, 所以只要水平傾角保持在0度附近 的某個(gè)角度范圍之內(nèi),即可認(rèn)為蹺蹺板達(dá)到平衡狀態(tài)。其閉環(huán)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。該系統(tǒng)的工作原理是:小車駛上蹺蹺板后,通過(guò)傾角傳感器不斷的測(cè)量蹺蹺 板的傾角(即實(shí)際傾角),該實(shí)際傾角與給定傾角作比較,形成傾角偏差,通過(guò) 步進(jìn)電機(jī)控制小車前后微移,不斷修正該傾角偏差,最終使傾角保持在給定范圍 之內(nèi)。此時(shí)蹺蹺板便達(dá)到平衡狀態(tài)。設(shè)計(jì)中小車車輪的周長(zhǎng)為240mm電機(jī)最小步進(jìn)角為0.9度,因此電機(jī)每步 進(jìn)一步小車移動(dòng)距離x為:x=240*0.9
10、/360=0.6mm可見(jiàn),小車位移量是很小的。因此我們能實(shí)現(xiàn)小車前后微位移的控制,從而使蹺蹺板較易達(dá)到平衡狀態(tài)。小車所走各段所需脈沖數(shù)的計(jì)算(以 AC段為例):(1) 起點(diǎn)A至中點(diǎn)C的距離AC=800m;測(cè)量小車車長(zhǎng)L=270mm小車重心約在車身靠后約4/5處;(3)上面計(jì)算電機(jī)每步進(jìn)一步小車移動(dòng)距離為 x=0.6mm 因此AC段所需脈沖n=(AC-L*1/5)/0.6=1243.3;從而可計(jì)算出AB段所需脈沖數(shù)m=2n=2*1243.3=2486.7 ;3. 電路與程序設(shè)計(jì)3.1檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)傾角傳感器ZCT245AL-TTL與控制器接口電路如圖3所示,驅(qū)動(dòng)電路如圖4 所示:圖3傾角傳感
11、器接口電路圖圖4步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接口電路圖3.2總體電路圖見(jiàn)附錄3.3軟件設(shè)計(jì)與工作流程圖軟件設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)的功能如下:讀傾角傳感器角度;給步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)脈沖;尋 跡語(yǔ)音播報(bào);傾角、時(shí)間、路程顯示;匯總工作流程圖系統(tǒng)的主程序流程圖如圖5、圖6所示:4. 結(jié)果分析4.1創(chuàng)新發(fā)揮1) 通過(guò)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖個(gè)數(shù)確定小車運(yùn)行路程,并實(shí)時(shí)顯示2) 利用語(yǔ)音播報(bào)功能很好的實(shí)現(xiàn)了小車平衡時(shí)的播報(bào)工作。3) 通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器精確定時(shí),實(shí)現(xiàn)總運(yùn)行時(shí)間實(shí)時(shí)顯示。4.2結(jié)果分析 測(cè)試儀表4位半數(shù)字萬(wàn)用表(MASTECH MY-65)雙蹤示波器(YB4325),游標(biāo)卡尺,秒 表,電子稱,計(jì)算器,直尺。蹺蹺板平衡狀
12、態(tài)傾角范圍的確定在閉環(huán)控制系統(tǒng)中,如果給定角度恒定為0度,由于外界干擾,實(shí)際控制系 統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn),因此,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,給定角度設(shè)為某一角度范圍,當(dāng)實(shí)際角度 在該范圍之內(nèi),即可認(rèn)為蹺蹺板平衡。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察蹺蹺板的平衡狀態(tài),來(lái) 減小或擴(kuò)大角度范圍,得數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們最終確定給定角度范圍為-2.2度到+2.2度。表1傾角范圍的確定角度設(shè)定范圍平衡效果-3.5度到+3.5度差-2.7度到+2.7度良-2.2度到+2.2度優(yōu)-1.8度到+1.8度良-1.0度到+1.0度差423小車運(yùn)行固定距離需給脈沖數(shù)目的確定(以 AC段為例)當(dāng)小車需運(yùn)行固定距離,我們通過(guò)公式計(jì)算了步進(jìn)電機(jī)應(yīng)
13、走的步數(shù),但實(shí)際 采用時(shí)結(jié)果并不令人滿意,主要是因?yàn)檐囕喤c蹺蹺板之間可能會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象, 導(dǎo)致當(dāng)步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)脈沖,小車前進(jìn)并不一定達(dá)到0.6mm因此我們通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試,在理論值左右尋找最優(yōu)值,最終確定脈沖數(shù)目。以AC段為例,AC段距離800mm經(jīng)理論計(jì)算需發(fā)脈沖1243步,經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試得下表數(shù)據(jù): 表2 AC段需脈沖數(shù)目的確定脈沖數(shù)目與C附近平衡點(diǎn)相差距離1243+12.2mm1260+5.4mm1269-3.0mm1264+1.4mm根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),我們最終確定 AC段實(shí)際發(fā)送脈沖數(shù)目為1264個(gè)小車運(yùn)行過(guò)程各種狀態(tài)所需時(shí)間測(cè)試表3基本功能所用時(shí)間表狀態(tài)時(shí)間(S)AC尋平衡時(shí)間保持平
14、衡5秒CB停止5秒BA控制器顯 示15.233.85.014.85.031.1秒表實(shí)測(cè)15.534.65.114.95.131.9表4擴(kuò)展功能所用時(shí)間表狀態(tài)時(shí)間(S)上坡 時(shí)間尋平衡1 時(shí)間保持平衡5秒尋平衡2時(shí)間保持平衡5秒總計(jì)控制器顯示21.045.25.052.15.0128.3秒表實(shí)測(cè)21.446.35.152.05.1129.9由于步進(jìn)電機(jī)能精確控制小車前后微移, 因此尋找平衡所用時(shí)間較短;通過(guò) 程序?qū)﹄姍C(jī)運(yùn)行速度適當(dāng)設(shè)置,使各狀態(tài)所用時(shí)間完全能滿足系統(tǒng)要求; 因?yàn)榭?制器顯示的時(shí)間是通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器定時(shí)實(shí)現(xiàn)的, 所以精度高,顯示時(shí)間準(zhǔn),其與 秒表實(shí)測(cè)值之間的微小誤差是由測(cè)量誤差所引起
15、的。5. 結(jié)語(yǔ)通過(guò)測(cè)試,系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,不但完成了基本要求,發(fā)揮部分的要 求,并增加了路程顯示、全程時(shí)間顯示和語(yǔ)音播報(bào)三個(gè)創(chuàng)新功能。 同時(shí)我們自己 也得到了很好的鍛煉。參考文獻(xiàn)1 羅亞非.凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ).北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2003.122 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第三版.北京:高等教育出版社,2001.13 孫肖子.實(shí)用電子電路手冊(cè)(模擬分冊(cè)).北京:高等教育出版社,19924 譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(第二版).北京:清華大學(xué)出版社,2000 黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程.北京:電子工業(yè)出版社,2005附錄附圖1凌陽(yáng)主板附圖2電源模塊附圖3液晶接口電
16、路圖附圖4紅外對(duì)管傳感器處理電路圖版權(quán)申明本文部分內(nèi)容,包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、研究或欣賞,以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途,但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律 的規(guī)定,不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以外,將本 文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí),須征得本
17、人及相關(guān)權(quán)利人的書(shū)面 許可,并支付報(bào)酬。Users may use the contents or services of this articlefor pers onal study, research or appreciati on, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall n ot infringe upon
18、 the legitimate rights of this website and its releva nt obligees. In additi on, when any content or service of this article is used for other purposes, writte n permissi on and remun erati on shall be obta ined from the pers on concerned and the releva nt obligee.轉(zhuǎn)載或引用本文內(nèi)容必須是以新聞性或資料性公共免費(fèi)信息為 使用目的的合理、善意引用,不得對(duì)本文內(nèi)容原意進(jìn)行曲解、修改, 并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。Reproducti on or
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 餐飲服務(wù)承攬合同三篇
- 管道行業(yè)安全管理工作心得
- 2025年全球及中國(guó)丙二醛行業(yè)頭部企業(yè)市場(chǎng)占有率及排名調(diào)研報(bào)告
- 2025年全球及中國(guó)頭發(fā)護(hù)理用神經(jīng)酰胺行業(yè)頭部企業(yè)市場(chǎng)占有率及排名調(diào)研報(bào)告
- 2025年全球及中國(guó)DHA微囊粉行業(yè)頭部企業(yè)市場(chǎng)占有率及排名調(diào)研報(bào)告
- 2025年全球及中國(guó)三維足底掃描系統(tǒng)行業(yè)頭部企業(yè)市場(chǎng)占有率及排名調(diào)研報(bào)告
- 2025-2030全球電動(dòng)跨式堆垛機(jī)行業(yè)調(diào)研及趨勢(shì)分析報(bào)告
- 2025年全球及中國(guó)介孔二氧化硅微球行業(yè)頭部企業(yè)市場(chǎng)占有率及排名調(diào)研報(bào)告
- 2025年全球及中國(guó)多相真空萃取機(jī)行業(yè)頭部企業(yè)市場(chǎng)占有率及排名調(diào)研報(bào)告
- 2025-2030全球豆莢酒店行業(yè)調(diào)研及趨勢(shì)分析報(bào)告
- 2025年春季學(xué)期學(xué)校德育工作計(jì)劃安排表(完整版)
- 2025年有機(jī)肥行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告
- 五年級(jí)口算題卡每天100題帶答案
- 2024年全國(guó)初中數(shù)學(xué)聯(lián)合競(jìng)賽試題參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
- Hadoop大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)實(shí)例教程高職PPT完整全套教學(xué)課件
- 企業(yè)中層管理人員測(cè)評(píng)問(wèn)題
- 人教版高中地理必修一全冊(cè)測(cè)試題(16份含答案)
- 《民航服務(wù)溝通技巧》教案第11課孕婦旅客服務(wù)溝通
- 新東方四級(jí)詞匯-正序版
- 面向機(jī)器人柔順操作的力位精準(zhǔn)控制方法研究共3篇
- 《地下工程測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)大綱
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論