电动车跷跷板论文-日照职业技术学院电子技术竞赛论文

编号 J J 乙乙 99019901 竞赛题目 电动车跷跷板竞赛题目 电动车跷跷板 参赛学生姓名 王静静 魏启亮 韩其民 所属学校 日照职业技术学院 专业 应用电子技术 指导教师 李永冰 苏青 滕世进 1 电动车跷跷板电动车跷跷板 摘摘要要 本次设计的简易智能电动车采用简单的人工智能技术 采用 AT89S52 作为小车的检 测和控制核心 根据题目设定的行进及具体要求 分别采用红外传感器进行寻迹行驶 黑带 采集 用霍尔元件对小车行驶过程中的速度进行测量 并在终点进行行驶路程的测量 电机 驱动采用 PWM 计数 灵活方便对车速进行控制 由 LCD 实时显示行驶时间 路程及模式等 扬声器及 LED 构成声光提示电路 自制单板光码盘实现测衡 关键词 AT89S52红外传感器减速电机光电管霍尔元件 一 方案比较与设计论证一 方案比较与设计论证 对于本系统来说 要实现的基本目的是能够在规定时间内使小车分别完成在水平和倾斜 两种状态下的从 A 至 B 停 5 秒后再从 B 退向 A 端 并分别显示前进和倒退的时间完成以上 任务后 又要使得小车在两分钟内从有配重物体的跷跷板的起始端前进到达板平衡位置处停 留 5 秒以上 并以声光提示 并显示所用时间 且配重物体可在板上任意调节 基于以上要 求并结合我们所掌握的资料实验比较论证了以下几种方案 1 车和跷跷板 采用智能控制方法 使小车在非直线行驶时自动的校正行驶方向 以保证小车在总体上 的行驶是直向行驶的 2 轨迹探测模块 方案一 用光敏电阻组成光敏探测器 光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而 变化 当光线照射到白线上面时 光线反射强烈 光线照射到黑线上面时 光线反射较弱 因此光敏电阻在白线和黑线上方时 阻值会发生明显的变化 将阻值的变化值经过比较器就 可以输出高低电平 但是这种方案受光照影响很大 不能够稳定的工作 方案二 红外探测法 即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点 在小车行驶过程中红外发射管不断发出红外线 当发出的红外线照射到白色的平面后反射 若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平 若接收不到发射管发出 的光线则检测出黑线继而输出高电平 单片机接收到的高低电平为依据来确定黑线的位置和 小车的行走路线 对于发射和接收红外线的红外探头 可以自己制作或直接采用集成式红外 探头 经测试 此种方法简单可靠 故 采用方案二 3 动态平衡点的检测 方案一 像寻迹电路那样采用红外对管 将 3 个红外对管排成一排 在做一个装有红外 发射管的单摆 在水平状况下 使发射管正对于中间的接收管 当小车爬坡时 单摆与接收 管不再垂直 而产生一定倾角 中间的接收管不再接收 基于这种原理 理论上是可行的 但是由于红外对管受可见光的影响很大 测试结果与理论相差甚远 方案二 采用三个集成光电耦合器件 利用小车爬坡时系统产生一定的弧度 使三个光 电管在任意时刻至少有一或两个导通 利用软件编程实现对整个系统平衡的控制 综上所述 我们采用方案二 4 控制电机 方案一 利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转 且能准确的 测量速度 路程以及时间 简化编程和硬件连接的工作量 但是步进电机在与机械配合的小 车改装上难度极大 非短时间所能完成 该方案实现较困难 方案二 用玩具小车上自带的双直流电机 只需对后轮电机进行简单改造 加上一个齿 轮减速装置即可 两电机分别负责小汽车的驱动和转向的功能 依据外围红外反射传感器所 采集到的信息可以补足直流电机定位不准的缺点 同时红外反射传感器的使用还能实现比较 2 准确的寻迹行驶 用较好的控制算法及特色硬件来提高小车的整体性能 可具有很高的性能 价格比 经比较验证 采用方案二 5 电机驱动 方案一 采用继电器对电动机的开或关进行控制 通过开关的切换对小车的速度进行调整 此方案的优点是电路较为简单 缺点是继电器的响应时间慢 易损坏 寿命较短 可靠性不高 方案二 采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片 L298N 是一个具有高电压大电流的全 桥驱动芯片 它相应频率高 一片 L298N 可以分别控制两个直流电机 而且还带有控制使能 端 用该芯片作为电机驱动 操作方便 稳定性好 性能优良 且由 L298N 结合单片机可实 现对小车速度的精确控制 这种调速方式有调速特性优良 调整平滑 调速范围广 过载能 力大 能承受频繁的负载冲击 还可以实现频繁的无级快速启动 制动和反转等优点 经比较验证采用方案二 6 显示存储信息和全程时间 使用液晶显示板来完成显示的功能 液晶显示板的操作需要一定的难度和技巧 而且很 容易损坏 所以其硬件需要谨慎使用 但是它解决了数码管存在的各种问题 如消耗电能特 别小 能显示多行汉字等 此方案不但能节省电能 而且能实现普通数码管无法实现的汉字 显示功能 采用方案二 二 系统组成 原理和电路图二 系统组成 原理和电路图 本系统由控制核心模块 循迹检测模块 LCD 及数码管显示模块 电机驱动模块 测速 模块 平衡检测模块 声光报警模块等组成 框图如图 3 1 所示 前轮电机 后轮电机 红外对管寻迹电路 电机驱动 电路 光电管平衡检测电路 AT89S52 霍尔测速及 路程电路 LCD 及数码 管显示电路 声光报警电路 图3 1 本系统采用 AT89S52 作为核心控制部件 通过对小车前下端的左中右三对红外对管组成 的寻迹检测电路所采集的信号进行分析使小车在行驶偏离正常轨道时及时进行分析校正 以 保证其直向行驶 用单片机控制电机专用驱动芯片驱动前后两个电机是后轮做匀速行驶 前 轮作为左右转向轮 在后轮上加装磁铁 车声固定霍尔元件使得车轮每转过一周磁铁正好正 对霍尔元件 使得由霍尔元件组成检测电路输出高电平 通过单片机对霍尔元件输出电平的 变化进行计数操作 由此便可得出车速和行程的数据 类似于小车寻迹的方式 当小车的三 3 对红外对管都没有检测到黑带时 说明此时小车运行到了跷跷板的两端 单片机执行相应的 停止操作 并执行 相应的时间等数据的显示操作 寻迹电路如图 3 2 所示 图3 2 当小车的三个管子都处于黑带上时 即小车直向行驶时 三个发射管发射的红外线被黑 线所吸收 接收管并没有接收到红外线 此时处于截止状态 此时运放的 U U UO 0 即输出为高电平 此时 INT1 为高电平 单片机不响应中断 当某一个或两个管子处于黑线 外部时 即小车 走偏时 对应的接收管导通其对应的运放的 U U 所以 Uo 0 即输出为低 电平 INT1 端此时为低电平 单片机执行此中断 并进一步判断导通的接收管 以确定向那 个方向转向 电机驱动电路如图 3 3 所示 L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片 它相应 频率高 一片 L298N 可以分别控制两个直流电机 而且还带有控制使能端 用该芯片作为电 机驱动 操作方便 稳定性好 性能优良 由 L298N 结合单片机即可实现对小车速度的精确 控制 还可以实现频繁的无级快速启动 制动和反转等优点 只需在 5 7 或 10 12 输入端 加上高低反向电平 4 9 端接通电源 9 端接 5V 电压 4 端视电机所需功率加适当的电压 但须在 5 40V 之间选择 再在 2 3 或 13 14 输出端接上电机 再在相应的 6 或 11 使能端加 脉冲电压 调节次脉冲电压的占空比通过单片机便可便可对其实行较精准控制 本小车后轮由于使用的是直流减速电机 其匀速行驶就可满足此设计要求因此通过单片 机的 I O 口线在 5 7 端加上相反的电平 在 6 端加上高或低电平 编程操作便可对其进行运 转停止和正反转的操作 前轮转向电机与此类似 4 图3 3 2 3 1 AH44E R1 2 2K R2 10K 9012 R3 2 2K VCC 12V 霍 尔 元 件 T0 图3 4 图 3 4 为霍尔元件组成的测速电路 AH44E 为数字集成霍尔元件输出为数字信号 输出 信号无需滤波整形 只需对其进行一级放大即可 因此其外围电路相当简单 当有磁铁靠近 霍尔元件时 注意磁铁极性 霍尔元件的 3 端输出的信号经三极管放大后输出为高电平 拿 掉磁铁即恢复为低电平 因此可将磁铁固定于车轮上 将测速电路放置于车上的适当位置使 得车轮每转过一周测速电路输出一个高电平 可将其输出端接至单片机的 T0 或 T1 口 对其 进行计数操作 将其读出再进行相应的数据转换即可得到车速或行程平衡点的检测装置 如 图 3 5 所示 A B C 图 3 5 图中 A B C 分别为光电对管 采用三个集成光电耦合器件 利用小车爬坡时系统产生一 定的弧度 使三个光电管在任意时刻至少有一或两个导通 利用软件编程实现对整个系统平 衡的控制 流程图如下 5 开始 上电初始化 P2 5 0 MOV A LJ A 1 A 2 MOV LJ 00H A 3 Y N N P2 6 0 MOV A LJ A 1 进入平板程序 N Y A 2 进入爬坡程序 Y Y N Y N Y N N 三 系统测试三 系统测试 1 测试仪器 秒表 米尺 高度尺 2 测试结果 1 基本要求 题目要求一 先将跷跷板固定为水平状态 电动车从起始端 A 位置出发 行驶跷跷 板的全程 实际测量结果 电动车从起始端 A 出发至车头准确到达跷跷板顶端 B 位置 停止 5 秒 后 电动车再从跷跷板的 B 端倒退回至跷跷板的起始端 A 电动车能分别显示前进和倒退 所用的时间 前进行驶在 1 分钟内 倒退行驶在 1 5 分钟内完成 实际测量数据 测试次数固定平板前进时间 AB 固定平板后退时间 AB 第一次22s21s 第二次21s22s 第三次21s21s 题目要求二 跷跷板处在启始状态下 配重物体位置不限制 电动车从起始端 A 出 发 行驶跷跷板的全程 停止 5 秒后 电动车再从跷跷板的 B 端倒退回至跷跷板的起始端 A 电动车能分别显示前进和倒退所用的时间 前进行驶在 1 5 分钟内 倒退行驶在 2 分钟内完 成 实际测量结果 跷跷板处在启始状态下 配重物体位置不限制 电动车从起始端 A 出发 行驶跷跷板的全程 停止 5 秒后 电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起 始端 A 电动车能分别显示前进和倒退所用的时间 前进行驶在 1 5 分钟内 倒退行驶在 2 分钟内完成 实际测量数据 测试次数爬 坡 前 进 时 间 AB 爬坡前进时间 AB 爬坡后退时间 BA 爬坡后退显示 BA 6 第一次21s21s21s20s 第二次21s21s22s22s 第三次21s21s22s20s 2 发挥部分 题目要求一 将配重物体设定在可移动范围中的某位置 电动车从起始端 A 出发 当 跷跷板达到平衡时 保持时间不小于 5 秒 同时发出声光提示 电动车显示所用的时间 全 过程要求在 2 分钟内完成 测量结果 配重物体设置在固定位置时 小车能准确的找到平衡点 并在要求的 2 分钟 内完成全程 准确显示全程的时间并伴有声光提示 实际测试数据 测试次数配重物到 A 点 距离 达到平衡所需时间平衡点到 点的距离 第一次44 5cm18 14s52 3cm 第二次44 5cm19 16s53 1cm 第三次44 5cm18 83s52 5cm 题目要求二 在可移动范围内任意设定配重物体的位置 由测试人员指定 电动车从 起始端 A 出发 当跷跷板达到平衡时 保持时间不小于 5 秒 同时发出声光提示 电动车显 示所用的时间 全过程要求在 2 分钟内完成 测量结果 当在某一范围内放置配重物体时 小车能准确的找到平衡点 并在要求的 2 分钟内完成全程 准确显示全程的时间并伴有声光提示 实际测试数据 测 试 次 数 配重物到 A 点距离 达到平衡所需时 间 平衡点到 点的 距离 显示时间 第一次16cm29 68s36 3cm29s 第二次27cm30 20s41 5cm30s 第三次36cm25 54s47 5cm14s 第四次46cm27 78s64cm27s 第五次5