基于單片機(jī)AT89S52的電動(dòng)車蹺蹺板設(shè)計(jì)

摘要：該文通過(guò)采用AT89S52作為控制核心，設(shè)計(jì)了整個(gè)電動(dòng)車蹺蹺板系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件部分主要包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、平衡檢測(cè)模塊、光電檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊；軟件部分則采用高效的C語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)了平衡檢測(cè)和校正功能?？傮w來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合要求，可以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)車蹺蹺板；AT89S52；平衡檢測(cè)；角度傳感器

0 引言
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要解決的電動(dòng)車蹺蹺板問(wèn)題，要求電動(dòng)車能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)蹺蹺板的中心點(diǎn)C處，并保持平衡，隨后電動(dòng)車到達(dá)蹺蹺板的末端B處，停留之后返回始端A處。另外，如果將蹺蹺板重新配重，則要求電動(dòng)車在規(guī)定范圍內(nèi)駛上蹺蹺板，同時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)平衡，如果再加一塊重物之后蹺蹺板重新達(dá)到平衡。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的主模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制與信號(hào)檢測(cè)，系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。主要包括單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、平衡檢測(cè)模塊、光電檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊。

系統(tǒng)通過(guò)平衡檢測(cè)來(lái)判斷電動(dòng)車是否處于平衡狀態(tài)，使電動(dòng)車停留在C處附近，采用光電檢測(cè)模塊使電動(dòng)車行駛至B處停止，采用尋黑線方法使電動(dòng)車直線前行以及由末端B處能夠直線后退到始端A處。紅外遙控啟動(dòng)系統(tǒng)，液晶顯示各階段用時(shí)以及溫度時(shí)間。在配重情況下通過(guò)黑線檢測(cè)的方法使電動(dòng)車在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的任意指定位置順利駛上蹺蹺板。此方案用平衡檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡，用尋黑線調(diào)整車身與蹺蹺板同向，總體設(shè)計(jì)完全達(dá)到題目要求，可行性很高。
1．2 硬件選型
通過(guò)比較并結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)最終選擇AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的核心部分。該款單片機(jī)與MCS51系列完全兼容，易于開(kāi)發(fā)調(diào)試。其片內(nèi)帶有FLASH存儲(chǔ)器且可在線下載程序，片上各種資源完全能滿足本系統(tǒng)的要求。
本方案中選用普通反射式紅外光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)蹺蹺板上黑線。在沒(méi)有探測(cè)到黑線時(shí)，探頭輸出始終保持低電平。當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，輸出立刻由低電平跳變到高電平。紅外光電開(kāi)關(guān)送來(lái)的信號(hào)經(jīng)放大整形后送單片機(jī)分析處理，如圖2所示。

為保證小車在蹺蹺板上能嚴(yán)格地沿黑線前進(jìn)和倒退，本方案共采用了前邊8個(gè)探頭，后面2個(gè)探頭的方案。前邊8個(gè)探頭可以保持小車在前進(jìn)時(shí)完全保持車身在板內(nèi)，高精度的轉(zhuǎn)向使小車前進(jìn)時(shí)距板邊沿嚴(yán)格控制在4 cm以內(nèi)；考慮到小車后退要求較簡(jiǎn)單，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)后邊2個(gè)探頭足以使小車保持在板內(nèi)。
1．3 軟件設(shè)計(jì)
1．3．1 平衡檢測(cè)模塊方案設(shè)計(jì)
方案一：采用角度傳感器直接測(cè)量系統(tǒng)角度的變化，當(dāng)角度變化不超過(guò)所定范圍即認(rèn)為達(dá)到平衡。角度測(cè)量精確，靈敏度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單。
方案二：置一裝有適量水的小水罐于車上，當(dāng)上坡時(shí)水體傾斜，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)水體幾乎水平，利用液位傳感器檢測(cè)液面高度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡。此方案可行，但會(huì)增加電動(dòng)車載重，靈敏度不是很高，要求液體不出現(xiàn)振蕩。
比較兩種方案，方案一具有明顯優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案一。
1．3．2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)方案設(shè)計(jì)
方案一：直流電機(jī)，即采用H型PWM驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，改變電機(jī)電壓極性實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，PWM占空比控制轉(zhuǎn)速，由于電壓難達(dá)到很高的精度，其轉(zhuǎn)速也達(dá)不到本系統(tǒng)的精度。
方案二：步進(jìn)電機(jī)，按照接收脈沖數(shù)控制其步數(shù)，按照給定步進(jìn)電機(jī)的步序和步數(shù)直接控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，可以提高精確性，適合平衡狀態(tài)及位置檢測(cè)。
比較兩種方案，選擇方案二。