2011全国大学生电子设计竞赛B题报告

1、进电机B题基于自由摆的平板控制系统摘要本文采用stc12c5a60s2作为自由摆平板控制系统的控制和检测核心。摆杆晃动角度G反馈1t 1、1LCD状态显示单片机控 制系统整机电源1/M步进电机驱动STC12C5A60S2功能选择图2系统框图采用集成驱动芯片L298和步进电机来控制平板。通过电阻式角度传感器测量摆 杆的倾角。利用硬币与平板的向心力保持硬币在平板上不滑动，不掉落。第一节系统方案1.1实现方法通过对长铝条的适当机械加工 制得题目要求的摆杆（结构如图1所示）和适当的改装，采用自我设 计的电路及软件编写，依次完成题 目的设计要求。1.2方案论证基于题目的要求，采用 stc12c5a60s

2、2作为处理器。采用电 阻式的角度测量能快速测得摆杆与 垂直方向上的角度。电机采用步进 电机，其控制电路简单，控制角度 精确，且该题目要求对电机速度要 求不高。电机驱动采用H桥的 lm298，其结构简单，驱动电流大。 用lcd显示屏来显示系统的实时状 态。40cm图1摆杆机构设计1.3系统设计基于上述论证分析基于上 述方案论证分析，本系统主要由 单片机STC12C5A60S作为控制 与检测核心处理器，外加电机驱 动电路、角度传感器信号检测电 路、液晶显示、电源组成。本系 统的结构框图如图2所示。第二节理论分析与计算2.1摆杆角度测量将电阻式角度传感器固定在摆杆顶端轴承处， 即摆杆转过几度，传感器

3、就转 过几度，从而改变两端的电压值。将摆杆转过多少度，两端所对应的电压值制成 表。用单片机上的AD去采样传感器两端的电压，就能知道摆杆所转过的角度。2.2摆杆摆动一个周期，平板旋转一周的解决方案将该系统近似看作是单摆，由于单排的周期计算公式为T=2nV(L/g)有此可知 该系统的摆动周期大约为1.99s，由此可知电机的转速为2二/T 3.135rad/s 2.3摆杆自由摆动时一枚硬币和八枚硬币在平台上保持原来状态I150cmDme co-在起始状态，使平台保持水平，即但放手的那一刻，较快的使平台垂直于摆杆, 利用硬币自身的向心力保持硬币的平衡。经实验，该方法合理。满足要求。2.4发挥部分 第一

4、项要求：有题意可知系统可等效为，如图所示 有图可知D =100si nrH =100 -100cosrR x H丄 100100cosarcta narcta n150 D150 100s in&使电机在启动时保持与摆杆垂直，当摆杆转过B后，电机因转过的角度为 a =0 + 3单片机端口设计LM298驱动电路设计第三节电路与程序设计a电屯电屯出I毗f汁PL.0 F|. | PL.2 Fl 3 Pl.4 PI 5 PL.d Pl ,7 RST Pl 曲QE D pa.i/no) 円 P3.3/-IMT1 円 irni P3.5JT1 円 6/-WR, PJ.-RL ITAU STALLVn PI

5、 4AD0 Pl 1/ADI PI .矽AXQ Pl 3/AD3Pl 4FAD4Pl SAB5Pl砒3P17/AD7AW-PRM PEIN P2.-%ML5 F3 VAD14 P27AQL3 F24JAD12 P2.ADLl. F2 BADMP2MAD9 PJADS电源设计CtD cornCMDTLOOlFH85JPVQSW)VC(DIQVElSW)定时电客TccCUTD-Via斗皿质i100iFOjX；摆杆晃动角度测量B反馈电路设计+5二 1h3RE：1 z 15 b阻盘角度传感第-k1AD采卡tt软件设计与工作流程图4.测试结果分析完成情况：完成情况对照表：题目要求实际制作基 本 要 求

6、部 分控制电机使平板随摆杆摆动旋转，摆动一个周 期，平板旋转360。完全满足要求，误差在 45内。用手摆动摆杆至一个角度，调整平板角度，在 平板中心放置一枚硬币，硬币在平板上不移动完全满足要求，成功率在 98%在平板上中心放置八枚硬币，要求硬币滑落尽 可能少较好的完成要求，硬币掉落数 量较少发 挥 部 分在平板上放一激光笔，当摆杆处于静止垂直和 平板水平时，激光指向靶纸上一条线，给定摆 杆一定的角度，激光始终指向纸上那一点。未完成让摆杆摆动，激光始终指向靶纸中心线。未完成附录)at :B SiTit-Sep-2 (1.DDBra wetBy ofR evi sioiberwcl驱动控制端口12

7、 3 4J1IP3.P3.IVcc12345334* SIP51JP149 1011 12 13 14 15 161510GND98 14 133 2 412345电J55k6*414131,111STOcVccuFS?R4 3 2 1 XPfB春：Ip：3PTpIpI6| | | tAD1沁亍”那阿3J4GNDP3F73.P3PB.P3PB.P3P3.St P1.P1.P1.51.P1P1.P1.P1XTAT轉w/T1TO/-intmT0xdP2.P2.p2.2)2f32.4)2RS2.6)2.7P1.P1.P1.P1.41.P1P1.P1.0/ADaDAdAdA DADADADPsANE/APRWDADADADADSD/ADObcP2.P2.P2.P2.B2.P：