大学生电子设计方案竞赛模版格式超级实用满分

1、基于自由摆的平板控制系统摘要为了满足自由摆平板控制系统的设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定，本作品以单片机作为自由摆的平板控制核心。采用 MMA7455加速度传感器，控制电机使平板可以随着摆杆的摆动而旋转。采用步进电机，控制平板的状态，使 8 枚 1 元硬币在 5 个摆动周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。也能使激光笔射到中心线上。经测试，各项性能指标均超过设计任务要求并有适当扩展。AbstractIn order to meet the free place flat the design of control system requirements, each unit ci

2、rcuit of the scheme more arguments and sure, this work tosingle chip microcomputer as the core to control freedom place plate 。 The MMA7455 acceleration sensors, control motor make flat can with the motion of the swingingrod rotation 。 and The stepping motor, control of the state, the flat $1 in 8 p

3、ieces COINS five swing cycle not from a flat plate falling down, and keep together state. Itcan also make a laser pen shot to center line. By test, and various performance indicators are more than design task request and have appropriate extension.一、系统方案经过分析和论证，我们认为此次自由摆的平板控制系统可分为电源模块、传感器模块、电机控制模块、显

4、示模块、 CPU控制模块等这几个模块。1. 传感器模块方案的比较与选择方案一：角度传感器。使用角度传感器要自己制作电路来实现角度的测量。自做的角度传感器模块精确度不高，而且耗时，费用又高。方案二：采用 MMA7455数字三轴加速度传感器模块MMA7455是一款数字输出(12C/SPI )、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚 (INT1 或 INT2) 检测 0g、以及脉冲检测 ( 用于快速运动检测 ) 等功能。 0g 偏置和灵敏度是出厂配置，无需外部器件。可使用指定的 0g 寄存器和 g-Select 量程选择对 0g 偏置进行校准

5、，量程可通过命令选择 3 个加速度范围 (2g/4g/8g) 。并且MMA745xL系列具备待机模式，使它成为以电池为电源的手持式电子器件的理想选择。经过综合考虑，我们认为选择方案二效果更佳。2. 电机模块方案的比较与选择方案一 : 采用直流电机。直流电机速度快，驱动电路简单，但是位置控制难度大，难以确保实现较高的控制精度。方案二 : 步进电机可以将电脉冲转换成相应的角位移 ( 或线位移 ) ，它的转角及转速分别取决于脉冲信号的数量和频率。步进电机只有周期性的误差而无积累误差，可以达到很高的控制精度，且控制难度要比直流电机小得多，采用驱动芯片 L298N 可以驱动步进电机。 采用 16HS24

6、05混合式步进电机，此电机步进角为 1.8 电压为 12V，电流为 0.48A。相对同类产品而言，步进角度调低，且方便，可控制精度高。经分析比较， 本赛题要求控制平板的状态，选取方案二更容易达到这个设计要求。3. 显示模块方案的比较与选择方案一： 12864 显示。由于设计要求能够显示角度变化与圈数还有电机的步数，考虑到 12864 正好能够实现此类要求，但是成本太高。方案二： 1602 显示。 1602 成本低，能满足我们要求。综上所述，采用方案二4 .CPU 控制模块方案的分析与比较方案一：采用 32 位的 LPC2138作为控制 CPU，LPC2138采用了 PHILIPS 公司基于 A

7、RM7TDMI-S核的 ARM芯片，拥有 RDI 标准接口、同步 Flash 刷新技术以及影射寄存器窗口等三项国内 ARM仿真器设计最领先的 3 种技术，内部 PLL 锁相环倍频可以得到更高的 CPU处理速度，硬件自带的 AD、DA、捕获、匹配以及同步与异步的通信方式更方便用户的编程设计，并且可以达到很高的实时性，但是价格较昂贵。方案二：采用宏晶科技有限公司的 STC12C系列的 5410AD单片机作为控制CPU，该单片机拥有 4 路 PCA捕获 / 匹配， 8 路 10 位高速 A/D 转换，转换速度可以达到 30 万次每秒，且价格便宜，使用于各种仪器与工业控制。综上所述，由于使用 ARM控

8、制需要对所有的接口做电平转换，增加了电路的复杂性，在同样能够完成功能的前提下考虑到性价比与设计的便利性本系统选择使用 STC12C5410AD的单片机作为 CPU的控制核心。5系统方案描述本方案框图如下所示 :时钟电路传感器模块单复位电路片电机模块机电源模块按键模块图 B-1 系统框图二、理论分析与计算1平板状态的测量MMA7455加速度传感器，可以车动态，静态加速度，从而转换成物体的倾斜角度。转换公式如下 :angx = arcsin(X0-X1)/X2)*180/3.141592654X0:x 轴的加速度原始数据， X1:x 轴角度零点的加速度原始值， X2:x 轴单位加速度的值。2建模与

9、控制控制电机是平板可以随着摆杆的摆动而旋转，摆杆摆一个周期，平板旋转一周，偏差绝对值不大于45 度，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，调整平板角度，在平板中心稳定放置一枚1 元硬币，启动后放开摆杆让其自由摆动，在摆杆摆动过程中，要求控制摆杆平板状态，使硬币在5 个摆动周期中不从平板上滑落，并尽量少滑离平的中心位置。用手推动摆杆至一个角度，调整平板角度，在平板中心稳定放置8枚1元硬币，启动后放开摆杆让其自由摆动，在摆杆摆动过中，要求控制平板状态使硬币在摆杆的 5 个周期中不从平板上滑落，并保持叠放状态。在平板式固定一激光笔，光斑照射在距摆杆150cm

10、距离处垂直放置的靶子上。摆动垂直静止且平板处于水平时，调节靶子高度，使照射在靶纸的某一条线上，标石此线为中心线，用手推动摆杆至一个角度，启动后，系统在15s 内控制平板尽量使激光笔照射到中心线上，完成时以LED指示。调整平板，是激光笔照射到中心线上，启动后放开让摆杆自由摆动，摆动过程中，尽量使激光笔光斑始终瞄准照射在靶纸的中心线上。三、电路与程序设计1电路设计(1) 电源模块的设计图 B-2 电源模块电源模块采用 LM7812和 LM7805来提供 +12V,+5V 电压，供给电路工作。(2) 步进电机模块的设计图 B-3 电机驱动模块控制芯片 MMC-1和恒压恒流桥式2A 电流的电机驱动芯片

11、L298N。 MMC-1为多通道两项四线式步进电机/ 直流电机控制新品啊，基于STC 公司的MCU（ STC12C5410AD）固化专用程序实现。本次实际永SPI 接口控制两个减速电机。 L298N可驱动 2 个电动机， OUT1,OUT2和 OUT3,OUT4之间可分别接电动机，连个芯片联合，可以很好地控制电机的正、反转等功能。（ 3）显示模块的设计图 B-4 1602 显示模块2程序结构与设计开始液晶显示初始化显示定时器传感器传感器初始化更新显示结束四、测试方案与测试结果1测试仪器2测试方案3测试结果及分析1、基本要求一释放角 3050度实验次数234561摆动周期数3452、基本要求二释放角度 3045度实验次数12345678偏转距离3、基本要求三释放角度 4560度实验次数12345678非保持下落个数4、发挥要求一偏转角度