2015年電子比賽滾動(dòng)小球程序

1、摘要小球滾動(dòng)控制系統(tǒng)是一電機(jī)控制系統(tǒng)，小球在長(zhǎng) 60cm 的 U 型導(dǎo)軌上按要求靈活滾動(dòng)或定位。導(dǎo)軌兩端有觸發(fā)機(jī)構(gòu)，當(dāng)小球觸碰時(shí)有明顯聲或光指示。以 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為器件實(shí)現(xiàn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)位置的控制，傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)滾球位置的確定。采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003 實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，啟停等多種工作狀態(tài)進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的控制。用紅外光電傳感器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)小球是否處于 U 型導(dǎo)軌兩端。：靈活滾動(dòng)或定位；脈沖寬度調(diào)制；紅外傳感器；蜂鳴器；直流電機(jī)傳感器，角度。AbstractBall rolling control system is a motor control syst

2、em, the ball he long U of the 60cm type guide on the demand for flexiblerolling oritioning. Both ends of the guide rail are providedwitrigger mechanism, and when the ball touches the sound orlight indicator. STC12C5A60S2 microcontroller as the core device toachieve control of the achieves on the bal

3、l modulation technique isition of moving objects, the sensor ition determination. The pulse widthadoptedto control DC motordrive chipthe speed of the operatingULN2003 to realize the fast and DC motor, the starting and stopaccurateof acontrol of variety ofconditions. Using infrared photoelectricsenso

4、r to detect whethertype guide.the ball ishe end of the UKey words: flexible rollingoritioning; pulse widthmodulation; infrared motor.egratedsensor, angle sensor; buzzer; DC1、方案設(shè)定與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，如下系統(tǒng)方塊圖。各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)，有如下的方案比較和論證。（1）控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器主要用于控制電機(jī)，并對(duì)坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行處理，控制電機(jī)移動(dòng)方于控制器的選擇有以下兩種方案。方案一：采用 AT89C52 作為系統(tǒng)控制的方案

5、。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，編程靈活，可用編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本運(yùn)行速度慢、沒有自帶輸出優(yōu)點(diǎn)，各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是 AT89C52 的信號(hào)控制精度不高，不能瞞足本設(shè)計(jì)要求。方案二，STC12C5A60S2 是一款功能強(qiáng)大，性價(jià)比高的單片機(jī)。 STC12C5A60S2 單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的 1 個(gè)時(shí)鐘/機(jī)械周期(1T)的單片機(jī)，工作頻率為 035 MHz，相當(dāng)于傳統(tǒng) 8051 的 0420 MHz。集成 MAX810復(fù)位電路，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。集成了可編程計(jì)數(shù)器陣列(PCA)模塊，用于輸出時(shí)，可輸出 1419 kHz 的信號(hào)。常溫下，使用RC 振

6、蕩器作為單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào);使用外部 32MHz 晶振作為時(shí)鐘時(shí)，頻率最125 kHz。STC12C5A60S2 有 8 路 10 位高速 ADC，90 個(gè)時(shí)鐘周期轉(zhuǎn)換一次，電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳感器聲或光指示觸發(fā)機(jī)構(gòu)鍵盤顯示控制器CPU 工作頻率 32 MHz 時(shí)，ADC 轉(zhuǎn)換速率約為 356kHz。因此為了快速有效的處理小球位置數(shù)字并控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)小球定位，所以本設(shè)計(jì)采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為控制。綜合上述兩種方案，方案二計(jì)算更迅速，控制效果更精確，可以滿足設(shè)計(jì)要求。（2）電機(jī)的選擇方案一：采用直流電機(jī)。直流電機(jī)具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無級(jí)調(diào)速）、調(diào)速范圍寬、低速

7、性能好（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小）、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、效率高等方面。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單、定位精確、無積累誤差運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜霰容^，為了方便對(duì)電機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，這里機(jī)。采用直流變速電（3）驅(qū)動(dòng)及調(diào)速方案方案一：采用繼電器對(duì)電的開和關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易；缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)速度慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、較短。方案二：采用內(nèi)集成有管組成的 H 型的功率變換橋電路的恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動(dòng)。用單片機(jī)輸出信號(hào)控制使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，通過程序調(diào)節(jié)占空比精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下

8、，效率非常高；H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，擬定選擇方案二（4）顯示模塊方案一；使用 1602 液晶顯示屏。1602 液晶顯示具有輕薄短小，低能耗。無輻射以及影像穩(wěn)定不閃爍燈優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，能力強(qiáng)，顯示信息量大等特點(diǎn)。方案二；使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有；低能耗，低損耗，低壓。長(zhǎng)，耐老化，防曬防火，防高溫，對(duì)外界環(huán)境要求低，易于，操作簡(jiǎn)單。數(shù)碼顯示是采用 BCB 編碼顯示數(shù)字和代碼，程序編寫復(fù)雜，但是顯示信息少。基于上述分析，為了方便同時(shí)顯示小球滾動(dòng)各種參數(shù),本設(shè)

9、計(jì)采用 1602 液晶顯示屏做為顯示模塊。（5）小球位置檢測(cè)模塊。方案一：對(duì)射式傳感器：利用一端發(fā)射光束，另一端接收光束，當(dāng)它們之間被小球擋住時(shí)，接收端接收不到發(fā)射端的信號(hào)，從而判斷小球的位置。這種傳感安裝比較麻煩，檢測(cè)準(zhǔn)確度受安裝位置影響大。方案 二：紅外反射式傳感器：利用自身發(fā)射紅外信號(hào)，當(dāng)小球接近時(shí)把紅外信號(hào)反射回來，從而判斷小球的位置。這種傳感安裝比較方便，檢測(cè)準(zhǔn)確度大。通過對(duì)比，這次設(shè)計(jì)中由于是近距離探測(cè)，故采用方案二來完成。2、系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。（1）總體設(shè)計(jì)根據(jù)題目的要求，經(jīng)過仔細(xì)分析，充分考慮各種，制定了總體設(shè)計(jì)方案：以單片機(jī) STC12C5A60S2 為，完成以下幾個(gè)功能：

10、處理鍵盤數(shù)據(jù)，控制 1602 液晶顯示，控制直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和蜂鳴器，設(shè)計(jì)充分利用了單片機(jī)的各個(gè)接口，減少模塊調(diào)用，也使系統(tǒng)更為可靠。系統(tǒng)組成及原理框架如圖 2所示功能設(shè)定狀態(tài)顯示菜單選擇導(dǎo)軌角度檢測(cè)小球位置檢測(cè)（2）驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)紅外傳感器驅(qū)動(dòng)模塊角度傳感器蜂鳴器1602 液晶顯示屏鍵盤STC12 C5A60 S2驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下驅(qū)動(dòng)模塊接受單片機(jī)端口 P10，P11，P12 的信號(hào)以控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進(jìn)而控制導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)。（3）單元模塊:(3-1)單片機(jī)控制充分利用了單片機(jī)的各個(gè)接口如圖 3 所示，單片機(jī)的各接口功能如下P00-P07 用于控制 1602 液晶顯示頻顯示小球狀態(tài)，P1

11、0-P12 用于輸出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊；P36.P17 分別用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和 LED；P20-P23 作為鍵盤的輸：通過鍵盤實(shí)行功能設(shè)置和菜單選擇；P36，P37 用于角度傳感器的信號(hào)輸入；P30-P35 用于紅外傳感器的信號(hào)輸入；(3-2)小球位置檢測(cè)小球位置檢測(cè)模塊的電路圖如下，位置檢測(cè)采用紅外傳感器當(dāng)小球靠近傳感器時(shí)為 1 否則為 0，小球滾動(dòng)經(jīng)過導(dǎo)軌0cm,5cm,25cm,35cm,30cm,55cm,60cm 處時(shí)，傳感器把信號(hào)發(fā)射給P30-P37 端口。(3-3)導(dǎo)軌水平檢測(cè)導(dǎo)軌水平檢測(cè)選用的是高精度角度傳感器WDD35D4 實(shí)時(shí)檢測(cè)，此傳感器根據(jù)電位器原理設(shè)計(jì)，其具有機(jī)械長(zhǎng)、分

12、辨率高，轉(zhuǎn)動(dòng)順滑、動(dòng)態(tài)噪聲小的性能并且該傳感器不需要電路，使用方便。實(shí)際角度測(cè)量原理：U 型導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)的角度通過傳感器WDD35D4 轉(zhuǎn)換輸出電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過STCC12C5A60S2 單片機(jī)導(dǎo)軌水平時(shí)液晶顯示A/D 采樣，編程轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)角度值并用液晶顯。如當(dāng)顯示;=00角度傳感3、發(fā)揮部分：每當(dāng)小球在來回運(yùn)動(dòng)過程中，都有可能在某處突然停止，這時(shí)就需要在此處啟動(dòng)小球，由于不能人為干預(yù)小球運(yùn)動(dòng)，所以在程序中加了抖動(dòng)程序。當(dāng)傳感器超過 6 秒沒有檢測(cè)到信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)認(rèn)為小球停止在某處位置，同時(shí)抖動(dòng)程序開始工作。當(dāng)抖動(dòng)次數(shù)達(dá)到 20 次時(shí)，如果傳感器依然沒有反饋信號(hào)， 此時(shí)抖動(dòng)角度加大一度繼續(xù)抖

13、動(dòng)，直到傳感器檢測(cè)到信號(hào)，抖動(dòng)程序停止工作。4、程序設(shè)計(jì)程序流程圖項(xiàng)目 1項(xiàng)目 5項(xiàng)目 4項(xiàng)目 3項(xiàng)目 2項(xiàng)目 6選擇工程1. 開始5、功能測(cè)試：功能測(cè)試往復(fù)運(yùn)行周期數(shù)據(jù)。6、總結(jié)經(jīng)過為期四天的設(shè)計(jì)，感觸頗深的是解決問題的方法，技巧。在這四天中，遇到許許多多問題，對(duì)待問題要多方法處理，多角度處理。通過這幾天的設(shè)計(jì)競(jìng)賽，不但增強(qiáng)了實(shí)踐能力和協(xié)作精神，而且懂的了聯(lián)系實(shí)際的重要性，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作大有裨益。當(dāng)然的設(shè)計(jì)還存在一些缺陷，有待于在將來設(shè)計(jì)中進(jìn)一步提高，在此懇請(qǐng)各位批評(píng)指教。7、參考文獻(xiàn)1，新概念 51 單片機(jī) C 語言著2、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽歷屆賽題，作品 ht/dzjs.asp3、單

14、片機(jī)控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)9919000975575.htmlht/p-部分程序附錄main()左端點(diǎn)（cm）右端點(diǎn)(cm)中心點(diǎn)(cm)時(shí)間(s)224929320482823011646301功能按鍵切換方式功能完成情況小球觸碰兩端有明顯聲和光指示S1;使小球處處碰兩端好調(diào)整導(dǎo)軌水平S2好小球往復(fù)運(yùn)動(dòng)S3 使導(dǎo)軌上下周期性運(yùn)動(dòng)好Angle_x;main_initial();/主程序初始化while(1)SB1=1;SB2=1if (SB1=0)/若按下 SB1Project_2();du_du();/成功后“嘟嘟”if (SB2=0)/若按下 SB1Project_3();du_du()

15、;/成功后“嘟嘟”Angle_x=read_angle();ile_x=0)Showchar(2,0,0 x2b);/在第一行第三位顯示+Showchar(3,0,(Angle_x%100/10+0 x30);/在第一行第四位顯示當(dāng)前角度值十位Showchar(4,0,(Angle_x%10+0 x30);在第一行第五位顯示當(dāng)前角度值個(gè)位/elseAngle_x=-Angle_x;Showchar(2,0,0 x2d);/在第一行第三位顯示-Showchar(3,0,(Angle_x%100/10+0 x30);在第一行第四位顯示當(dāng)前角度值十位/Showchar(4,0,(Angle_x%10+0 x30);在第一行第五位顯示當(dāng)前角度值個(gè)位/sbi_0=P12;/0 號(hào)（起點(diǎn)）傳感器信號(hào)sbi