电动车跷跷板.doc

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1、电动车跷跷板作者：施海建、朱云飞、李晨赛前辅导教师：刘公致、陈龙文稿整理辅导教师：陈龙摘要：本设计采用ATMEGA128单片机作为主控制器，设计了电动小车自动平衡系统，包括中心处理单元、电机驱动、轨迹检测、角度检测、状态指示和用户接口等模块。系统采用光电检测电路和角度传感器构成闭环反馈电路，实现小车自动在跷跷板上寻找平衡点。采用红外对管检测引导线，并用逐次逼近的算法控制行驶轨迹，液晶实时显示系统状态信息。Abstract：Asthemaincontroller,ATMEGA128MCUisappliedtoth

2、isdesignwhichrealizesaself-balancingelectrictrolleysystem.Thesystemprimarilyismadeupofcentralprocessingunit,motordriver,trackdetection,angledetection,stateinstructionandinterfaceportmodules.Therearetheopto-electronicdetectingcircuitandanglesensorcomposingthe

3、feedbacklinestoachievereal-timebalanceontheseesaw.Thisdesignadoptstwoexternalline-upclampstochecktheguidelineandthemethodofsuccessiveapproximationtocontrolthemovingpath.Atthesametime,theLCDmoduledisplaysthestatusmessagesofthesystemintime.（一）方案论证与比较1.1电机选择本题的

4、核心是电机控制，选择什么样的电机对整个系统的设计至关重要。方案一：步进电机步进电机的优点是步数可以精确控制，但是启动频率过高或负载过大易出现失步或堵转的现象，造成工作不够稳定，并且在慢速转动时速度不够平缓，不利于跷跷板上的平衡。方案二：直流减速电机减速电机不仅具有直流电机的优点，而且控制精确，在爬坡时具有比较大的力矩并且加速减速平稳，能够满足本设计小车爬坡和平衡的要求。基于上述分析，本设计选择方案二。1.2控制系统选择（1）最小系统选择方案一：采用传统的89C51作为小车的控制核心51单片机具有价格低廉、使用简

5、单等特点，但其运算速度较低、管脚资源有限，限制系统功能的扩展，控制过程相对繁琐，不适合控制减速电机。方案二：ATMEGA128单片机最小系统具有丰富的内部资源，具有53个可编程I/O口线，内部集成了8路10位ADC和两路PWM功能。并且其算术运算功能强，运算速度快，可以满足本系统的设计要求。经过对比分析，本设计选择方案二。（2）电机调速方案选择为了实现电机调速，根据减速电机转速与其端电压成正比的原理，我们采用电压调速的设计方案。方案一：采用计数器、比较器和移位寄存器实现PWM调速。7该方案使用元器件较多，电路复

6、杂，成本比较高。方案二：直接采用ATMEGA128内置的PWM功能，实现PWM调速的功能。该方案容易实现，不需外加电路，减少了设计成本。考虑了电路性价比、集成度等方面问题，决定采用方案二。（3）电机驱动控制方案一：采用专用集成电机驱动芯片，如L298N等。其优点是集成度高，电路简单，控制方便可靠。但驱动的电流均受到一定的限制，并且反应不够灵敏。方案二：采用大功率MOS管组成H桥电路。其优点是直接利用电压控制，反应延迟短，稳定性好，由于工作在饱和状态，一次效率很高。能够承受较高的电压，输出电流大，驱动电机能力强。

7、不足之处是由于使用分立元件，安装调试和维护相对麻烦，控制不当时MOS管容易烧毁。基于上述讨论，考虑到本设计需要驱动电机的电流较大，我们采用了方案二。1.3寻迹方案方案一：采用被动式光敏传感器。由于跷跷板上的黑色和白色反光程度不同，由此判断传感器是否在黑线上方。但由于其他光源影响，效果不会很好。方案二：用摄像头采集路面黑线位置信息，利用图像处理判断小车行驶位置。此种方法，对路面的信息处理准确，但对硬件和软件的要求都较严格，对本系统来说过于复杂。方案三：采用红外对管探测头对路面黑线的信息进行探测。利用红外光线照射到

8、路面上的白色路面和黑线产生反射光线的强弱差别来判断车的位置。该方案电路简单，控制方便，可靠性高。鉴于上述分析，采用方案三。1.4显示模块方案一：采用LED数码管为显示元件。整个界面内容单一，显示信息量少，而且耗电量大，界面不够友好。方案二：使用LCD1602液晶显示模块，可显示丰富的信息，界面友好。（二）理论分析、系统实现方框图与主要特色电路的计算2.1系统总体设计系统的总体实现框图如