基于STM32的電動(dòng)車蹺蹺板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于STM32的電動(dòng)車蹺蹺板系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹電動(dòng)車蹺蹺板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)電路、尋跡檢測(cè)電路、平衡檢測(cè)電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼顯示電路等。在系統(tǒng)中，以STM32單片機(jī)為電動(dòng)小車控制核心，使用反射式紅外發(fā)射接收器來檢測(cè)軌跡，步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向控制，用2個(gè)水銀開關(guān)控制完成平衡狀態(tài)的檢測(cè)，用數(shù)碼管分階段實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車行駛所用時(shí)間。3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這里所提出的平衡檢測(cè)方案是有效可行的。關(guān)鍵詞：尋跡檢測(cè)電路;步進(jìn)電機(jī);蹺蹺板系統(tǒng);平衡檢測(cè)電路。啊go“口口□oanaqnqnDnnqn^C362申eo羽農(nóng)575655545?5251〔匚CL(L叟(□3VDD2ZJVSS_2JW12JPA111PA101PA9zjpcg□PCS3PC7ZIPC6□P815JPB14JP813□PB12一、引言全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的F題目是“電動(dòng)車蹺蹺板”；題口要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電動(dòng)車蹺蹺板，使得電動(dòng)小車從圖1所示蹺蹺板起始端A出發(fā)在30s內(nèi)到達(dá)中心點(diǎn)C并保持平衡5s,之后在30s內(nèi)到達(dá)蹺蹺板末端B并停留5s,最后在1min內(nèi)退回到起始端Ao在整個(gè)行駛過程中，電動(dòng)車始終在蹺蹺板上，并分階段實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車行駛所用的時(shí)間。所要求平衡的定義為A,B兩端與地面的距離差d=dA-dB不大于40mm。圖1

電動(dòng)車蹺蹺板示意圖二、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)競(jìng)賽要求電動(dòng)小車設(shè)計(jì)車體長(zhǎng)為20cm,寬為15cm,電動(dòng)小車采用四輪驅(qū)動(dòng)、調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪的快慢進(jìn)行轉(zhuǎn)向的方案，這種結(jié)構(gòu)使得小車在運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARMCortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz,是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品：基本型時(shí)鐘頻率為36MHz,以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA,是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHzoSTM32芯片如圖2。圖2STM32管腳圖因此,設(shè)計(jì)中采用16位STM32單片機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制與協(xié)調(diào)工作，同時(shí)它還不斷處理紅外對(duì)管傳感器送來的地面標(biāo)志信號(hào)，這些信號(hào)主要控制小車的加速、減速、限速、剎車.倒車等狀態(tài)。此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中當(dāng)利用片內(nèi)的定時(shí)器作為小車行駛計(jì)時(shí)，并為L(zhǎng)CD驅(qū)動(dòng)集成電路提供時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，電動(dòng)車上的水銀開關(guān)傳感器根據(jù)擺動(dòng)裝置的擺動(dòng)狀態(tài)來反饋小車的平衡位置，能夠很好地反映小

車在翹翹板上的運(yùn)動(dòng)情況。系統(tǒng)的原理框圖如圖3所示。圖3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1電源模塊方案一：采用5V蓄電池作為電源。蓄電池雖然具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電圧輸出性能，但是蓄電池的體積較大且較重，如若采用蓄電池則電動(dòng)小車重心控制較難。方案二:采用4.8V/1800mAh可充電式鋰電池作為電源，經(jīng)LM7805電壓變換電路為單片機(jī)供電。采用鋰電池供電后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，且電池的體積較小，重量也較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求，因此采用方案二。2.2傳感器的選擇方案一:用RPR220型光電對(duì)管。RPR220是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)神化鐐紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敬度的硅平面光電三極管。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通運(yùn)算放大器輸出高電平。方案二：用4路尋跡模塊作為尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到口色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則輸出高電平，如圖4。因此這里選擇方案二。圖4

循跡模塊原理圖2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案一:釆用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過控制脈沖個(gè)數(shù)控制角位移量，通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的LI的。但是步進(jìn)電機(jī)安裝麻煩，需要的驅(qū)動(dòng)模塊多。方案二:采用直流電機(jī)。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑方便，調(diào)整范圍廣,過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可以實(shí)現(xiàn)頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)。所以選擇方案