文档介绍：目录
1. 系统方案 1
系统方案实现方法 1
模块方案的比较和论证 1
控制器模块方案分析与比较 1
引导线检测模块方案分析与比较 2
倾角检测模块方案分析与比较 2
电机驱动调速模块方案分析与比较 2
显示模块方案分析与比较 3
系统最终方案结构框图 3
2. 系统理论分析与计算 3
测量与控制方法 3
理论计算 4
3. 系统电路与程序设计 5
硬件设计 5
引导线检测电路的实现 5
平衡点检测电路的实现 5
电机驱动电路的实现 5
软件设计 5
4. 系统测试及结果分析 6
5. 参考文献 7
6. 附录 7
元器件明细表 7
仪器设备清单 7
电路图图纸 8
单元电路原理图 8
系统总原理图 9
设计程序清单 9
电动车跷跷板(F题)设计报告
摘要:本作品通过FGK125反射式红外传感器来检测路面引导线,用SCA100T-D02高精度双轴倾角传感器来检测电动车与地面的角度,将两路检测信号送入核心控制单元STC12C5410AD单片机进行数据处理,再通过集成芯片L298内部的桥式电路来驱动直流电机。系统采用局部闭环反馈控制的方法对行程位移进行自动调整,实现了整个行程自动导航并使电动车在C点附近和配重状态均能达到平衡。作品运行稳定,完全实现了课题的基本要求,发挥部分也有明显效果。
关键字:传感器单片机闭环反馈
1. 系统方案
系统方案实现方法
根据题目任务要求,为了准确地达到基本要求并能体现设计的创新性,很好地实现发挥部分的效果。我们拟采用如下设计方法:1)小车行进用黑线引导,使其能稳定行使。 2)采用角度传感器件检测电动车与地面的角度,采用软件方法进行闭环反馈误差修正,来实现小车在C点及配重情况下的平衡控制。3)为系统配置控制处理中心,实现全程自动控制和管理。4)最优化电机驱动,运用PWM方法调速,使电机能正反转自如控制。5)软硬件模块化设计,分工协作,使系统运行稳定;6)测试中,运用干扰法,调试系统到最佳状态。
模块方案的比较和论证
控制器模块方案分析与比较
控制器主要用于各种传感器信号的接收和辨认、控制电动车的电机动作、控制显示运行时间等。对于控制器的选择有以下几种方案。
方案一:采用FPGA的SOPC片上可编程嵌入式系统作为系统的控制器。但由于本设计对数据处理的速度要求不高,FPGA的高速处理的优势得不到充分体现,且成本偏高,硬件电路板布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的工作。
方案二:采用单片机作为系统的控制器。单片机软件编程灵活、自由度大,功耗低,体积小,技术成熟和成本低等优点。在本系统中通过各传感器检测信号送单片机进行处理,由单片机控制电动车的前进后退,实现设计任务的要求。
基于上述分析,拟选择方案二。单片机控制方框图如图1. 1所示。
单片机控制方框
引导线检测模块方案分析与比较
引导线检测模块实现电动车跟随引导线行驶,使其在扇形区和跷跷板上自动寻轨。扇形区和跷跷板均采用白底黑线引导,对传感器的选择有以下几种方案。
方案一:采用热探测器。热探测器是利用所接收到的红外辐射后,会引起温度的变化,温度变化会产生电压信号的输出。单片机根据电压的变化来判断路面的状态。由于温度变化是因为吸收热辐射能量引起的,受外界环境的影响比较大。
方案二:采用反射式红外传感器。接收管根据反射光强弱来导通与截止,通过比较输出高低电平。当检测到白底时反射光强接收管导通,经比较器输出低电平;而黑线时红外光被吸收,比较器输出高电平。此电路安装简单,性能稳定,受外界环境的影响比较小。
基于上述分析,拟选择方案二。。
传感器编号
电动车状态
1(左)
2(右)
脱离引导线
0
0
行驶偏左
0
1
行驶偏右
1
0
倾角检测模块方案分析与比较
倾角检测模块主要是用来检测电动车与地面的倾斜角,送单片机处理倾斜角信息来让电动车寻找跷跷板上平衡点。对传感器的选择有以下几种方案。
方案一:采用自制水银倾角传感器。水银倾角传感器,由支架、水银储槽、U型连通管、水银检测电路组成。其原理在于当车体发生倾斜时,用红外对管检测出水银流动信息,经比较器比较后送单片机控制小车前进后退直到平衡。具有结构简单、使用方便、安全、成本低等优点。但由于制作工艺原因无法达到精确测量与平衡的目的。水银倾角传感