电子设计竞赛论文-基于自由摆的平板控制系统

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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甲01310学校名称：山东理工大学参赛学生：指导教师：-35-摘要本设计以STM32作为基于自由摆的平板控制系统的中央控制单元，应用角度传感器、重力加速度传感器，步进电机和nRF24L01无线通信等模块，通过数据的高速采集、传输、AD转换和数据处理获取摆杆的摆动情况，再利用单片机的PWM模式对步进电机进行控制，从而实现平板平衡，使硬币在摆杆摆动过程中不从平板上滑落，并完成了激光笔定位功能。本设计以高速度，高灵敏度和高稳定性为设计目标，达到了题目的基本要求和发挥部分的要求。关键词:STM32；加速度

2、传感器；电机；自由摆；角度传感器AbstractThedesignappliesSTM32asthecentralcontrolunitofthefree swingboard controlsystem,withothermodulessuchasanglesensor;gravityaccelerationsensor;steppingmotorandnRF24L01wirelesstransmissionmodule.Byaccessingtheswingdataoftheswingingrodthroughhigh-speeddatacollec

3、tion,transmission,ADtransformanddataprocessing,thendrivingthesteppingmotorcontrolledbySCMPWMtoholdthebalanceoftheswingboard,keepingthecoinfromfallingofftheswingboard，finishedtheallocationusingthelaserpointeronthepaper.Thedesignaimsthehighspeed,highsensitivityandhighstability,andf

4、ullyrealizedthebasicrequirementsandpartlyofexertionofthecompetition.-35-Keyword:STM32;Accelerationsensors;Steppingmotor;Freeswingboard;Angularvelocitysensor目录摘要1Abstract1目录21.各模块方案选择与论证31.1主控制器方案选择3-35-1.2通信方案选择31.3重力加速度传感器的选择41.4驱动电机的选择41.5支架材料的选择42.理论分析与计算42.1总体方案42.2建模与控制方法53.

5、单元模块设计93.1主控制单元模块93.2重力加速度检测模块103.3角度检测模块113.4电机模块123.5STM32无线传输模块124.软件设计135.测试方案与测试结果136.设计总结167.参考文献16附录17-35-基于自由摆的平板控制系统本设计是自由摆平板控制系统，主要由主控制器、角度传感器、重力加速度传感器，电动机和nRF24L01无线通信等模块组成，各个模块的选择与论证方案如下：1.各模块方案选择与论证1.1主控制器方案选择方案一：采用超低功耗单片机MSP430单片机作为控制器。MSP430单片机具有较高的处理速度，中断源较多，并且可以任

6、意嵌套，使用时灵活方便。但是该单片机通用性较差，性价比相对较低。故我们放弃此方案。方案二：采用51系列单片机，51单片机是比较常用的8位单片机，MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，开发简单，价格低廉，通用性好等特点被人们广泛的应用于各种控制电路中。它拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，但是其速度不快，12个振荡周期才执行一个单周期指令，适合应用于小型的控制领域和精度要求不高的环境中，由于其速度比较慢，因此在用于速度要求高的地方，51-35-单片机并不是最佳的选择。此外，51单

7、片机的耗电也比较大。方案三：采用32位的STM32开发板作为系统控制器。集成多通讯接口、功能丰富，性能稳定、可靠，可以实现系统的多功能控制，可以进行高速的数据采集和处理以及对电机的控制，能够达到题目的所有要求。对比以上三套方案，综合单片机的性能和系统运行速度及功能的实现效果，选用方案三进行题目设计。1.2通信方案选择方案一：采用RS-232串口通讯。出现时间较早，较为通用，也存在但接口信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，传输速率较低，抗噪声干扰性弱，传输距离有限等缺点。方案二：采用SPI总线。SPI总线通信具有高速同步串行口，收发独立、可同步进行等优点

8、，但是接口较多，线路连接较为接复杂。方案三：采用CAN总线，传输可靠，实时性高；