2015年电子比赛滚动小球程序

1、摘要小球滚动控制系统是一电机控制系统，小球在长 60cm 的 U 型导轨上按要求灵活滚动或定位。导轨两端有触发机构，当小球触碰时有明显声或光指示。以 STC12C5A60S2 单片机作为器件实现对物体运动位置的控制，传感器实现对滚球位置的确定。采用脉冲宽度调制技术控制直流电机驱动ULN2003 实现直流电机转速，启停等多种工作状态进行快速而准确的控制。用红外光电传感器实现检测小球是否处于 U 型导轨两端。：灵活滚动或定位；脉冲宽度调制；红外传感器；蜂鸣器；直流电机传感器，角度。AbstractBall rolling control system is a motor control syst

2、em, the ball he long U of the 60cm type guide on the demand for flexiblerolling oritioning. Both ends of the guide rail are providedwitrigger mechanism, and when the ball touches the sound orlight indicator. STC12C5A60S2 microcontroller as the core device toachieve control of the achieves on the bal

3、l modulation technique isition of moving objects, the sensor ition determination. The pulse widthadoptedto control DC motordrive chipthe speed of the operatingULN2003 to realize the fast and DC motor, the starting and stopaccurateof acontrol of variety ofconditions. Using infrared photoelectricsenso

4、r to detect whethertype guide.the ball ishe end of the UKey words: flexible rollingoritioning; pulse widthmodulation; infrared motor.egratedsensor, angle sensor; buzzer; DC1、方案设定与论证根据设计要求，如下系统方块图。各个模块的实现，有如下的方案比较和论证。（1）控制器模块根据题目要求，控制器主要用于控制电机，并对坐标参数进行处理，控制电机移动方于控制器的选择有以下两种方案。方案一：采用 AT89C52 作为系统控制的方案

5、。单片机算术运算功能强，编程灵活，可用编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本运行速度慢、没有自带输出优点，各个领域应用广泛。但是 AT89C52 的信号控制精度不高，不能瞒足本设计要求。方案二，STC12C5A60S2 是一款功能强大，性价比高的单片机。 STC12C5A60S2 单片机是宏晶科技生产的 1 个时钟/机械周期(1T)的单片机，工作频率为 035 MHz，相当于传统 8051 的 0420 MHz。集成 MAX810复位电路，使系统更加稳定可靠地运行。集成了可编程计数器阵列(PCA)模块，用于输出时，可输出 1419 kHz 的信号。常温下，使用RC 振

6、荡器作为单片机时钟信号;使用外部 32MHz 晶振作为时钟时，频率最125 kHz。STC12C5A60S2 有 8 路 10 位高速 ADC，90 个时钟周期转换一次，电机电机驱动传感器声或光指示触发机构键盘显示控制器CPU 工作频率 32 MHz 时，ADC 转换速率约为 356kHz。因此为了快速有效的处理小球位置数字并控制步进电机实现小球定位，所以本设计采用 STC12C5A60S2 单片机作为控制。综合上述两种方案，方案二计算更迅速，控制效果更精确，可以满足设计要求。（2）电机的选择方案一：采用直流电机。直流电机具有最优越的调速性能，主要表现在调速方便（可无级调速）、调速范围宽、低速

7、性能好（起动转矩大、起动电流小）、运行平稳、噪音低、效率高等方面。方案二：采用步进电机。步进电机具有控制简单、定位精确、无积累误差运行平稳等优点。基于上述比较，为了方便对电机进行无级调速，这里机。采用直流变速电（3）驱动及调速方案方案一：采用继电器对电的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、较短。方案二：采用内集成有管组成的 H 型的功率变换桥电路的恒压恒流桥式 2A 驱动。用单片机输出信号控制使之工作在占空比可调的开关状态，通过程序调节占空比精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下

8、，效率非常高；H 型电路保证了可以简单实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的调速技术。基于上述理论分析和实际情况，拟定选择方案二（4）显示模块方案一；使用 1602 液晶显示屏。1602 液晶显示具有轻薄短小，低能耗。无辐射以及影像稳定不闪烁灯优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，能力强，显示信息量大等特点。方案二；使用传统的数码管显示。数码管具有；低能耗，低损耗，低压。长，耐老化，防晒防火，防高温，对外界环境要求低，易于，操作简单。数码显示是采用 BCB 编码显示数字和代码，程序编写复杂，但是显示信息少。基于上述分析，为了方便同时显示小球滚动各种参数,本设

9、计采用 1602 液晶显示屏做为显示模块。（5）小球位置检测模块。方案一：对射式传感器：利用一端发射光束，另一端接收光束，当它们之间被小球挡住时，接收端接收不到发射端的信号，从而判断小球的位置。这种传感安装比较麻烦，检测准确度受安装位置影响大。方案 二：红外反射式传感器：利用自身发射红外信号，当小球接近时把红外信号反射回来，从而判断小球的位置。这种传感安装比较方便，检测准确度大。通过对比，这次设计中由于是近距离探测，故采用方案二来完成。2、系统具体设计与实现。（1）总体设计根据题目的要求，经过仔细分析，充分考虑各种，制定了总体设计方案：以单片机 STC12C5A60S2 为，完成以下几个功能：

10、处理键盘数据，控制 1602 液晶显示，控制直流电机运转和蜂鸣器，设计充分利用了单片机的各个接口，减少模块调用，也使系统更为可靠。系统组成及原理框架如图 2所示功能设定状态显示菜单选择导轨角度检测小球位置检测（2）驱动模块直流电机红外传感器驱动模块角度传感器蜂鸣器1602 液晶显示屏键盘STC12 C5A60 S2驱动电路原理图如下驱动模块接受单片机端口 P10，P11，P12 的信号以控制直流电机的转速和转向，进而控制导轨的运动。（3）单元模块:(3-1)单片机控制充分利用了单片机的各个接口如图 3 所示，单片机的各接口功能如下P00-P07 用于控制 1602 液晶显示频显示小球状态，P1

11、0-P12 用于输出信号给驱动电机模块；P36.P17 分别用于驱动蜂鸣器和 LED；P20-P23 作为键盘的输：通过键盘实行功能设置和菜单选择；P36，P37 用于角度传感器的信号输入；P30-P35 用于红外传感器的信号输入；(3-2)小球位置检测小球位置检测模块的电路图如下，位置检测采用红外传感器当小球靠近传感器时为 1 否则为 0，小球滚动经过导轨0cm,5cm,25cm,35cm,30cm,55cm,60cm 处时，传感器把信号发射给P30-P37 端口。(3-3)导轨水平检测导轨水平检测选用的是高精度角度传感器WDD35D4 实时检测，此传感器根据电位器原理设计，其具有机械长、分

12、辨率高，转动顺滑、动态噪声小的性能并且该传感器不需要电路，使用方便。实际角度测量原理：U 型导轨偏转的角度通过传感器WDD35D4 转换输出电压信号，该电压信号通过STCC12C5A60S2 单片机导轨水平时液晶显示A/D 采样，编程转换对应角度值并用液晶显。如当显示;=00角度传感3、发挥部分：每当小球在来回运动过程中，都有可能在某处突然停止，这时就需要在此处启动小球，由于不能人为干预小球运动，所以在程序中加了抖动程序。当传感器超过 6 秒没有检测到信号，此时系统认为小球停止在某处位置，同时抖动程序开始工作。当抖动次数达到 20 次时，如果传感器依然没有反馈信号， 此时抖动角度加大一度继续抖

13、动，直到传感器检测到信号，抖动程序停止工作。4、程序设计程序流程图项目 1项目 5项目 4项目 3项目 2项目 6选择工程1. 开始5、功能测试：功能测试往复运行周期数据。6、总结经过为期四天的设计，感触颇深的是解决问题的方法，技巧。在这四天中，遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这几天的设计竞赛，不但增强了实践能力和协作精神，而且懂的了联系实际的重要性，这对以后的学习和工作大有裨益。当然的设计还存在一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位批评指教。7、参考文献1，新概念 51 单片机 C 语言著2、大学生电子设计竞赛历届赛题，作品 ht/dzjs.asp3、单

14、片机控制直流电机调速系统实训9919000975575.htmlht/p-部分程序附录main()左端点（cm）右端点(cm)中心点(cm)时间(s)224929320482823011646301功能按键切换方式功能完成情况小球触碰两端有明显声和光指示S1;使小球处处碰两端好调整导轨水平S2好小球往复运动S3 使导轨上下周期性运动好Angle_x;main_initial();/主程序初始化while(1)SB1=1;SB2=1if (SB1=0)/若按下 SB1Project_2();du_du();/成功后“嘟嘟”if (SB2=0)/若按下 SB1Project_3();du_du()

15、;/成功后“嘟嘟”Angle_x=read_angle();ile_x=0)Showchar(2,0,0 x2b);/在第一行第三位显示+Showchar(3,0,(Angle_x%100/10+0 x30);/在第一行第四位显示当前角度值十位Showchar(4,0,(Angle_x%10+0 x30);在第一行第五位显示当前角度值个位/elseAngle_x=-Angle_x;Showchar(2,0,0 x2d);/在第一行第三位显示-Showchar(3,0,(Angle_x%100/10+0 x30);在第一行第四位显示当前角度值十位/Showchar(4,0,(Angle_x%10+0 x30);在第一行第五位显示当前角度值个位/sbi_0=P12;/0 号（起点）传感器信号sbi