基于自由摆的平板控制系统设计报告

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1、WORD格式整理基于自由摆的平板控制系统设计报告摘要基于自由摆的平板系统设计是设计基于STC12C5A6S2为核心的控制系统,采用电位器作为角度传感器采集自由摆倾角的信息,采用步进电机作为调整平板，当摆角变化时，电位器传给单片机内部AD一个电压值，单片机通过内部计算，得出角度值，通过角度值，计算出相应指令给传给L298N控制步进电机运转来调整平板，实现平板控制系统与摆杆的协调。学习参考资料分享WORD格式整理一、系统设计1.1设计要求a.控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转（3~5周），摆杆摆一

2、个周期，平板旋转一周（360º），偏差绝对值不大于45°。b.在平板上粘贴一张画有一组间距为1cm平行线的打印纸。用手推动摆杆至一个角度θ（θ在30º～45º间），调整平板角度，在平板中心稳定放置一枚1元硬币（人民币）；启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中，要求控制平板状态，使硬币在5个摆动周期中不从平板上滑落，并尽量少滑离平板的中心位置。c.用手推动摆杆至一个角度θ（θ在45º～60º间），调整平板角度，在平板中心稳定叠放8枚1元硬币，见图2；启动后放开摆杆让其自由摆动。在摆杆摆动过程中

3、，要求控制平板状态使硬币在摆杆的5个摆动周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。根据平板上非保持叠放状态及滑落的硬币数计算成绩。d.如图3所示，在平板上固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm距离处垂直放置的靶子上。摆杆垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高度，使光斑照射在靶纸的某一条线上，标识此线为中心线。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激光笔照射在中心线上（偏差绝对值＜1cm），完成时以LED指示。根据光斑偏离中心线的距离计算成绩，超时则视

4、为失败。学习参考资料分享WORD格式整理二、系统方案的选择与论证2.1整体方案基于自由摆的平板控制系统选用STC12C5A6S2为核心的控制系统,采用电位器作为角度传感器采集自由摆倾角的信息,采用步进电机作为调整平板，当摆角变化时，电位器传给单片机内部AD一个电压值，单片机通过内部计算，得出角度值，通过角度值，计算出相应指令给传给L298N控制步进电机运转来调整平板，实现平板控制系统与摆杆的协调2.2角度传感器设计方案方案一：选用ADXL345，ADXL345是一款超低功耗小巧纤薄的3轴加速计，可

5、以对高达±16g的加速度进行高分辨率（13位）测量。数字输出数据为16位二进制补码的形式，可通过SPI（3线或4线）或者I2C数字接口访问。ADXL345非常适合移动设备应用。它可以在倾斜感测应用中测量静态重力加速度，还可以从运动或者振动中生成动态加速度。它的高分辨率（4mg/LSB）能够分辨仅为0.25°的倾角变化，通过对加速度值的测量传给单片机，单片机进行计算，传回来的值与重力加速度的比值，得出相应的角度值，但是ADXL345与单片机采用IIC通信协议，反应时间比较长，并且成本比较高方案二：选

6、用电位器作为角度传感器，电位器安放在转动杆主轴上，在摆杆转动时，电位器传给AD一个电压值，AD把采集到的电压值传给单片机，单片机进行运算电压的差值，的出相应的角度，缺点:精度较低,受外部影响较大，对外界的电磁干扰比较敏感，并且受随着时间的变化，阻值由于温度的变化会产生电压的变化，很难把电压值定义成相应的温度值。因为平板需要随自由摆变化，即刻的做出相应反应，因此选用电位器做角度传感器，考虑到环境电位器的影响，电位器用屏蔽线进行连接，防止外界电磁波的干扰，在电压值的采集过程中，采用软件滤波的方式，使得

7、得到的电压稳定，本系统中软件控制中，采用读取电压差值的方法计算温度的差值，根据温度的差值发出控制电机的指令。2.3最小系统最小系统选用STC12C5A6S2为核心的单片机，该单片机具有，超强加密，高速，高可靠，低功耗，强抗静电，强抗干扰等优点，指令代码完全兼容传统51单片机，2路PWM，8路高速十位A/D转换器，正对电机控制，强干扰场合。2.4控制平台本次比赛需要做，自由转动，放硬币保持平衡，和激光笔指定一个方向，所以需要一个控制平台，用来调控要做的实验，并对初值进行设置，对相应函数函数进行引用，

8、本系统采用7289，进行控制，7289是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的,具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴式数码管或64只独立LED的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示﹑键盘接口的全部功能。ZLG7289A内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式，此外，还具有多种控制指令如消隐﹑闪烁﹑左移﹑右移﹑段寻址等。2.5控制平板系统学习参考资料分享WORD格式整理控制平板系统采用步进电机，其优点是系