基于自由摆的平板控制系统

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1、基于自由摆的平板控制系统（B题）摘要本系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心处理芯片，用STC12C5A60S2对电机进行对平板正转，反转的控制。平板旋转的角度由角度传感器ADXL345完成。角度量通过IIC总线接口获得，然后再通过分析和判断，再对电机进行控制转动，使的平板保持平衡，从而使硬币不掉落平板。此外，还用到显示频NOKIA5510显示倾斜角度，和语音模块ISD1420。AbstractThesystemusesstc12c5a60s2monolithicintegratedcircuits,wit

2、hacentraltreatmentofelectricalstc12c5a60s2theflatistoreversethecontrolofaflatspin.theanglefromtheanglesensoradxl345.theangleoftheinterfacebyIIC,andthenbyanalysisandassessment,themotorcontrolofaflat,tobalanceacoinfall,thereby,notflat.inaddition,itisalsousedtosh

3、owbusinesses,andshowsleannokia5510voicemoduleisd1420.关键词：单片机摆动平板角度传感器15目录摘要1第一章系统设计及方案论证与比较31.1系统总体方案设计31.2方案的设计与论证31.2.1控制模块的选择31.2.2电机的选择31.2.3电机驱动的选择3第二章理论分析及计算42.1平板状态测量方法42.2建模与控制方法5第三章电路与程序设计53.1硬件电路设计53.1.1主控电路设计53.1.2步进电机驱动电路设计63.1.3角度传感器电路设计63.2软件程序设计

4、流程7第四章测试结果及分析74.1测试步骤84.2测试结果84.3结果分析8结束语9附件一完整的电路原理图10附件二测试结果12附录三重要的源程序1315第一章系统设计及方案论证与比较1.1系统总体方案设计根据题目给定的条件，我们设计的方案总体上由单片机系统模块，电机控制模块，语音模块和传感器模块四部分组成。单片机系统由复位电路和电源电路组成。传感器模块由角度传感器组成，它将测量到的角度发送给单片机系统分析，从而使单片机系统控制电机转动。系统框图如图B-1。图B-1系统框图1.2方案的设计与论证1.2.1控制模块的

5、选择方案一：使用89C51单片机该单片机有5个中断口，1个串口，2个定时器，缺点是反应速度比较慢。方案二：使用STC12C5A60S2单片机该单片机由9个中断口，有2个串口，具有独立波特率发生器，内部扩展RAM，速度是传统单片机的12倍。分析两个方案，本系统采用第二种方案。1.2.2电机的选择方案一：使用直流电机直流电机具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率，优异的动态特性。但是直流电机位置控制难度大，难以达到较高的控制精度。方案二：使用步进电机步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成相应的

6、角位移（或线位移）。步进电机的动态响应快，易于起停，正反转及变速。在非超载的情况下，它的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累计误差等特点，使得它可以达到很高的控制精度，且控制难度要比直流电机小得多。分析两个方案的优缺点，本系统采用第二种方案。1.2.3电机驱动的选择方案一：采用步进电机专用的驱动器此方案能为步进电机提供稳定的工作电压和工作电流。但是其价格十分昂贵，重量较大，而对于本系统电机不需要带大负载，也对驱动器没有过高的要求

7、。方案二：采用ULN2003A电机驱动芯片15ULN2003A可方便驱动步进电机，且外围电路简单、原件少、重量轻，造价便宜且方便。但是它只能驱动四相步进电机。如果用于驱动直流电机的话只能按一个方向转动，换向要改变电机的接法。方案三：采用专用集成电路芯片L298用集成电路芯片L298驱动电机，它电子开关的速度快，稳定性强，且它的外围器件成本低，使整机可靠性提高。适合驱动二相或四相的步进电机。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，配合PWM技术，具有良好的抗干扰性能。分析三个方案，我们选用第三方案。第二章理论分析

8、及计算2.1平板状态测量方法该平板状态测量要求较高的分辨率，所以我们使用的是双轴倾斜测量。测量方法如图B-2。图B-2双轴倾斜测量的首要优势来是两轴的垂直关系。随着某个轴的增量灵敏度的降低，另一轴的增量灵敏度会增加。如图B-3。图B-3双轴倾斜测量第二优势是对重心面对齐度的依赖性降低，因为有效增量灵敏度与目标轴重力的和平方根值具有比例关系。双轴倾斜测量第三优