2011年全国大学生电子设计竞赛 基于自由摆的平板控制系统(b题)

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1、2011年全国大学生电子设计竞赛基于自由摆的平板控制系统（B题）【本科组】2011年9月2日II摘要本题要求设计一个自由摆平板控制系统，其中倾角传感器SCA60C、步进电机和单片机AT89C52系统是核心部件。利用SCA60C倾角传感器进行数据采集；在控制平板转动角度、速度方面，经过充分比较、论证，最终选用了控制精确的步近电机42BYG250-40，其最小步进角1.8度，易于控制平板转动角度；将倾角传感器采集数据进行AD转换将数字信号传给单片机并通过共阳数码管实现显示自由摆偏转角度；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，并增加了角度显

2、示创新功能。关键词：自由摆、倾角传感器SCA60C、单片机、步进电机、数码管显示。16目录一：系统方案…………………………………………………………………………P41.1方案论证…………………………………………………………………………P41.1.1控制器模块………………………………………………………………P41.1.2角度检测模块………………………………………………………………P41.1.3电机模块……………………………………………………………………P41.1.4驱动电机模块………………………………………………………………P41.1.5显示模块…………………………………

3、…………………………………P41.1.6电源模块……………………………………………………………………P41.2系统设计…………………………………………………………………………P51.3结构框图…………………………………………………………………………P5二、理论分析与计算…………………………………………………………………P52.2自由摆偏离角与平板倾角关系…………………………………………………P52.1时钟周期与平板转动角度关系…………………………………………………P5三、电路与程序设计…………………………………………………………………P63.1检测电路设计………………

4、……………………………………………………P63.2电源模块设计……………………………………………………………………P63.3驱动步进电机模块………………………………………………………………P63.4软件设计与工作流程图…………………………………………………………P73.4.1软件设计………………………………………………………………………P73.4.2工作流程图……………………………………………………………………P7四、测试方案与测试结果……………………………………………………………P84.1测试仪表…………………………………………………………………………P84.2自由

5、摆摆动一个周期时间测试……………………………………………………P84.3平板转动固定角度需给脉冲数目的确定…………………………………………P84.4测试功能实现………………………………………………………………………P8五、结语………………………………………………………………………………P8附录附录一总原理图………………………………………………………………………P10附录二源程序…………………………………………………………………………P1116一：系统方案本题要求设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，能实现在自由摆摆动过程中平板自由旋转，以及在自由摆摆动过程中平摆上放置

6、硬币使硬币不滑落。发挥部分要求实现用手推动摆杆至一个角度θ（θ在30º～60º间），启动后，系统应在15秒钟内控制平板尽量使平板上的激光笔照射在设定的中心线上。本系统利用角度传感器检测单摆摆动角度并用数码管显示，利用单片机接收信号并控制步进电机来控制平板转动。主要由角度检测模块、电机模块、驱动电机模块，显示模块，电源模块，控制器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1方案论证1.1.1控制器模块方案一：采用ATMEL公司的STC89C52。52单片机价格便宜，应用广泛，其功能足以实现本设计要求。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

7、机I/O资源丰富，但是价格昂贵。综合考虑，我们选择价格便宜的方案一。1.1.2角度检测模块方案一：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，安装非常不方便，而且电压输出信号，采集不便。方案二：采用SCA60C倾角传感器，—90°~+90°测量范围。模拟0.5—4.5输出，工作温度范围宽，价格便宜，安装方便，电压输出信号，采集不便。方案三：采用OMRON公司的E6B2-CWZ6C编码器，数字信号输出，采集方便，价格昂贵，安装不便。由性价比考虑以及安装简便程度选择方案二。1.1.3电机模块方案一：采用直流减速