电动车跷跷板设计报告.doc

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1、摘要：本课题组设计制作了一款智能自动小车。小车具有以下几个功能：寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；计算并显示所走的路程和行走的时间，变速行驶，自动寻找平衡点使跷跷板达到平衡。   该作品基于凌阳16位单片机SPCE061A，用直流电机作为驱动，通过各种传感器来采集信息，并送入主控单元SPCE061A单片机进行处理，并产生相应的动作，以达到自身控制。电机控制电路包括方向控制单元和速度控制单元两大部分。角度检测部分由角度传感器产生信号后送入单片机；黑带检测和速度检测部分都是利用红外线对射方式，在小车的车轮粘上一个挡光圆所料片圈，并在上面开一些透光孔，通过设定固定时间来计量车轮转过圈数进

2、而测出速度。控制单元接收到信号后，通过程序控制来完成相应动作，实现了无人控制即可完成设计需要动作。6一，系统方案论证与比较方案一：通过搭建各种数字电路来组合成小车的控制系统，对扩展的黑线检测，速度检测，角度测量等信号进行处理。本方案设计电路复杂，扩展性不好，实现起来比较困难。方案二：采用凌阳16位单片机SPCE061A来作为系统的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过LF358放大后送入单片机；角度传感器采用分辨率可以达到小于等0.01度的WQH36-45倾角传感器，它所产生的信号通过A/D转换成数字信号进行处理。此系统设计起来比较简单，可扩展性较强，灵活性较好

3、，各类功能也易于实现。所以决定采用方案二，其系统的结构框图如下图所示：    比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能够很好地达到设计题目的要求，因此采用方案二来实现。该系统的结构框图如下图所示：61单片机黑带检测红外线发射角度测量红外线接收电极驱动数码显示6二，模块电路设计与比较1，速度测量模块方案一：利用红外线对射方式，在小车的车轮粘上一个挡光圆塑料圈，并在上面开一些透光孔，，通过计算在固定时间内计量车轮转过圈数而测出速度。    方案二：利用霍尔元件来对转过的车轮圈数来计程，在车轮子上装小磁片，霍尔元件靠近磁片一次计程为车轮周长。此方案传感的信号强，电路简单

4、，但精度不高。    通过计算车轮的转数间接测量车速，利用了霍尔元件感应磁块产生脉冲的原理，再对脉冲进行计数。另可采用红外线原理提高记程精度，其方法为在小车的车轮粘上一个挡光圆所料片圈，并在上面开一些透光孔，当车轮转动时，红外光透射过去，不断地输出脉冲，通过单片机对脉冲计数，再经过一个数据的处理过程，这样就可把小车走过的距离计算出来，小孔越多，测量值越精密。2，检测黑线模块方案一：采用光敏电阻进行检测。光发射端为发光二极管，接收端为一光敏电阻。光敏电阻根据接收光的强度会产生不同的电阻值，而输出不同的信号。由于黑色吸收光的能力较强，所以光敏电阻遇到黑线和不遇到黑线接收到的光的强度不同

5、，产生的电阻值也不同，输出信号也不同，单片机会对不同的输入信号给与相应的控制。但是这种方法受外界光线强度影响比较大，所以很难把握对输出信号的控制。方案二：采用红外线检测方式，其原理与红外对射方式基本相同，也是由一个放射管一个接收管组成。接收管根据接收到的红外线强度输出一系列信号，并送入单片机进行控制。这种方法受外界因素影响比较小，对输出信号的控制比较好把握。对比两个方案，我们决定采用方案二进行检测，因为它可以设计的精确度。3，平衡测量模块方案一：采用一个无接触磁敏电位仪和一个陀螺，把他们固定在金属支架上，陀螺的垂线正对磁敏电位仪的孔，通过测量电位仪输出电压的变化测出陀螺摆角的变化，

6、通过程序控制小车在跷跷板上的平衡。但是它的精确度很差，由于陀螺具有惯性，在电动车快速行驶过程中，陀螺难免会因为惯性而来回摆动，这样很难检测到稳定的输出信号，所以控制起来比较困难。方案二：采用精密角度传感器，通过对角度的测量来掌控小车的平衡。使用该传感器可以很精确地测量出角度，而且它的重量也很轻，输出信号稳定，便于用程序来控制。从各方面都提高了小车的可控制性，也提高了精确度。本次设计为了小车能在跷跷板上更好更精确地掌控平衡，本课题组经研究决定采用方案二，用市面上的WQH36-45倾角传感器作为角度测量的基本元件，通过精确地测量角度进而使小车能自动调节平衡。4，显示模块方案一：采用LC

7、D显示，用单片机可实现显示数据，但显示亮度和字体大小在演示时不尽人意，价格也比较昂贵。                    方案二：采用LED七段数码管，-I/O口上，设计电路简单，显示效果直观，明亮，调试容易。故采用LED数码管显示。数码显示如图所示：6三.系统原理及理论分析1，单片机最小系统组成     单片机系统是整个智能系统的核心部分，它对各路传感信号的集、处理、分析及对各部分整体调整。主要组成是：凌阳SPCE061A16位单片机、晶振及各路的传感器件。2，