基于单片机控制的电动车跷跷板的设计与实现

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工程技术基于单片机控制的电动车跷跷板的设计与实现①肖锋瑞

朱广全

吴晓霞（河北机电职业技术学院计算机信息工程系

河北邢台０５４０００）摘要：本文抗２００７年全啊大学生电子设计竞赛Ｊ粼电动车竞竞板潍出－－／Ｉ＇详细的设计与实现方法。本系统采用凌阳１６往ＳＰＣＥ０６ｌＡ单片机作为控翻核心，小车动力部分连用控翻精确的步进电机，采用虹外冲管ＴＣＲＴＳ０００实现小车寻迹走直线等功蠢－通过自材重力摆找平衡点。关键词：ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机

步进电机

重力摆中图分类号ｚＴ

文献标识码ｌ

文章编号：１６７２－－￥７９Ｉ（２００９）０７（ｂ）－－００６４－－０１全国大学生电子设计竞赛是教育部、信息产业部组织的学科竞赛，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动全国普通高等学校信息和电子类学科面向二十一世纪课程体系和教学内容的改革。笔者就０７年《电动车跷跷板》的要求，采用凌阳１６位ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机给出一种新型的解决方案。１系统各模块的选择１．１控制器模块采用凌阳１６位ＳＰＣＥ０６ｌＡ单片机。ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机的晶振频率为３２７６８Ｈｚ，３２位可编程ＩＯ口，１４个中断源，２个１６位的可编程的定时器／计数器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别

圈３

平衡寻迹子程序流程圈等领域。内部资源丰富，集成了Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换，易于数据的采集，同时其在线仿真技术，软硬件调试也方便。１．２显示模块采用凌阳ＳＰＬＣＳ０１液晶显示器显示。液晶显示屏具有低功耗、平面直角显示、影响稳定不闪烁、可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强、功耗小、尺寸小、超薄轻巧、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒服等特点。液晶动态显示功能强大，可以实现实时显示，使系统更加直观，更趋智能化和人性化。１．３电机模块系统功能需要使小车平衡．必须对小车移动进行精确控制，可以选择采用步进电机。其旋转度数可直接通过驱动时的步进数的选择来实现，其精度可达到０．９度／步。电机驱动采用Ｌ２９８Ｎ电机驱动芯片对电机驱动，该芯片内含有两个Ｈ桥式电机驱动电路，其驱动电流大，为电机驱动专门

设计。工作稳定。１．４平衡模块采用重力摆来衡量跷跷板的平衡状况，通过角度的变化，来改变Ｉ／０口的输出电平，从而控制小车的前后移动，能准确的测试跷跷板的平衡状态。该重力摆具有灵敏度高、分辨率高等特点。１．５寻迹模块方案的论证与选择通过红外对管来实现，它测量距离近，但反应灵敏，准确。相比光电传感器而言，其体积较小。价格较低，安装容易。１．６声光显示模块的论证与选择当跷跷板达到平衡时，Ｉ／Ｏ口输出高电压，使二极管点亮，蜂鸣器发出报警。２主要硬件电路的设计与连接重力摆使用示意图如下所示：重力摆安装在电动车正后方，重锤由于重力作用始终垂直向下，引线（金属线）连接＋５Ｖ电压。左右固定有两个触点。与重锤之间的角度为。当电动车处于平衡位置时，重锤引线与左右触点都不接触（如图ｌ所示），ＩＯＡ４与ＩＯＡ５输入都为低电平，当跷跷板Ｂ端向上倾斜时，重锤引线与ＩＯＡ４接触（如图２所示），给单片机输入高电平，控制小车前进，当跷跷板Ｂ端向下倾斜时，重锤引线与ＩＯＡ５接触，给单片机输入高电平，控制小车后退。经过小车多次自动调整，达到了良好的平衡效果。

３系统软件设计流程图系统程序设计采用Ｃ语言和汇编语言混合编程，在凌阳ｕｎＳＰＩＤＥ平台上完成单片机系统的开发，实现各项设计功能和指标要求。平衡寻迹子程序流程图如图１、图２所示．４结语本系统在设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件在编程上的灵活性，来满足设计要求，经测试运行效果良好，达到了预期的目的，其性能指标完成了题目所有要求。采用ＳＰＣＥ０６１Ａ十六位单片机体现了系统的优越性，集中表现在实现功能齐全，外围电路简单、以及可维护性强，液晶显示清晰，寻迹误差较小。本设计的独特创新点在于采用自制重力摆实现了跷跷板的平衡，而没有使用昂贵的角度传感器，为系统的设计节省了大量资金。参考文献【１】罗亚非．凌阳１６位单片机应用基础【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００５．【２】刘海成．ＭＣＵ—ＤＳＰ型单片机原理及应用【Ｍ】．北京；北京航空航天大学出版社，２００６．【３】全国大学生电子设计组委会．第六届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编圈１平衡位置重力摆示意图

圈２倾斜位置重力摆示意图

此设计是本系统独特的创新点所在。能精确的实现跷跷板的平衡。

（２００３）【Ｍ】．北京：北京理工大学出版社，２∞５．①作者简介：肖锋瑞（１９８２－），男，山东省济南人。河北机电职业技术学院计算机信息工程系助教。研究方向：．Ｎｅｔ程序开发、单片机控制技术。６４

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ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ基于单片机控制的电动车跷跷板的设计与实现作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

肖锋瑞，朱广全，吴晓霞河北机电职业技术学院计算机信息工程系,河北邢台,054000科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009，(20)0次参考文献(3条)1.罗亚非凌阳16位单片机应用基础20052.刘海成MCU-DSP型单片机原理及应用20063.全国大学生电子设计组委会第六届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2003)2005相似文献(8条)1.期刊论文张玉均.杨晓邦.ZhangYujun.YangXiaobang基于SPCE061A的步进电机控制及语音播报设计-中国科技信息2007(16)本设计采用16位凌阳SPCE061A单片机控制步进电机,利用单片机的I/O口输出的时序方波作为步进电机的控制信号,使信号经过芯片2003来驱动步进电机;同时,用4×3键盘控制电机的状态,用数码管显示电机的转速,并利用凌阳SPCE061A单片机的语音功能播报其转速.2.期刊论文薛明艮.XUEMing-yin小车自动入库系统-机电工程技术2008,37(9)小车自动入库系统采用SPCE061A单片机作为小车控制核心,采用自制圆形多角度红外接收器检测车库位置;使用步进电机打开、关闭门栏;采用PWM技术控制电机的转速,H型驱动电路控制电机的转向.基于可靠的硬件设计和干扰的双电源供电方案,采用稳定的软件算法,实现对小车在行进过程中精确控制,使其能准确检测光源、找出车的准确位置而实现自动入库功能.3.期刊论文张震宇.ZHANGZhen-yu基于SPCE061A单片机的非特定人语音识别技术及应用-电子器件2007,30(5)研究了一种以凌阳SPCE061A单片机为基础的非特定人语音识别技术.介绍了硬件平台的构成,重点分析了非特定人语音识别过程的基本原理及相关算法,从软件设计角度具体阐述了语音识别在该单片机上的实现过程.最后,成功地对步进电机应用了这种语音识别技术,取得了预期的控制效果.4.期刊论文庞涛.尹志强.朱华炳.柳欣.PANGTao.YINZhi-qiang.ZHUHua-bing.LIUXin爬楼梯小车控制系统的研制-合肥工业大学学报（自然科学版）2006,29(9)为了实现对爬楼梯小车的速度及方向的无线控制,文章在研究了凌阳16位单片机SPCE061A的基础之上,结合红外线发射及接收芯片TX-2B/RX-2B实现红外遥控,采用步进电机方便地实现小车的变速及转弯;利用单片机较完备的语音处理功能及外接功放电路,使小车能够在行进中发音;实践表明,该电路工作稳定可靠.5.期刊论文杨滁光.徐德好.YANGChu-guang.XUDe-hao步进电机的单片机控制方法探讨-仪器仪表用户2009,16(4)步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而受到广泛的应用,其控制方法也多种多样.介绍了SPCE061A单片机对步进电机的控制方法,并且详细介绍了单片机对步进电机控制的设计方案和软件程序设计.该系统控制精度高,可靠性和抗干扰能力强.6.期刊论文胡建明电动车跷跷板的设计与实现-科技资讯2007(36)本设计方案以凌阳SPCE061A单片机为核心,通过光电传感器寻迹,检测电动车在跷跷板上前进后退的寻迹和两个端点的寻迹,控制电动车的运动状态;通过角度传感器实时采集电动车外部信号,控制电动车运动状态来实现跷跷板的平衡;用两相步进电机控制电动车的运动状态;利用LCD显示电动车运动时间;通过蜂鸣器、发光二极管发出声光提示信息,完成电动车跷跷板的设计.7.学位论文柳欣第四届CCTV机器人电视大赛控制系统的研制2006本文在充分研究各种控制对象的基础上，提出了基于凌阳SPCE061A单片机的总体设计方案，采用模块化思想，设计了各个硬件模块的接口电路，主要包括电源稳压模块、键盘输入模块、传感器信号检测识别模块、气阀控制模块、直流电机功率放大驱动电路模块和PWM信号产生电路控制舵机模块等，并制作PCB，采取各种抗干扰措施，为控制系统提供了良好的硬件平台。同时，充分利用各种传感器采集外界信息，采取不同的传感器阵列，配合适当的软件算法，完成各种不同的功能。此外，本文还对步进电机和直流伺服电机的控制也做了相应的研究，对自主机器人的速度控制和位置控制达到了预先制订的要求。最后，本文指出了在设计中的一些不足之处，并提出了一些改进意见。8.学位论文李鹏介入治疗嵌入式进针控制系统研究2009随着社会的进步和科技的发展，人们的健康观念、健康方式和途径都发生着深刻变化。扎针是现代医学外科手术中使用较为普遍的技术手段，它是许多医学诊断、治疗及科学研究包括经皮介入治疗和活体组织病理检查的重要手段。提高扎针过程的自动化程度，能降低对操作者技术水平等人为因素的要求，提高扎针的精度和效率，最大程度地减少对患者器官及主要血管的损伤，成为未来临床医学发展的趋势。@@我们分析了介入治疗中扎针的实现过程，基于SPCE061A单片机系统，结合独立设计的进针机构，开发了实现进针过程的嵌入式控制系统。本文在进针机构、控制电路、系统实时性等方面做了一些有意义的探索，并进行了相关关键技术的研究。@@本文主要研究了进针系统的控制驱动部分，以SPCE061A芯片作为控制核心，开发了进针系统的控制硬件电路板，结合步进电机驱动器模块，实现了对针的旋转