基于單片機AT89S52的電動車蹺蹺板設計

摘要：該文通過采用AT89S52作為控制核心，設計了整個電動車蹺蹺板系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件部分主要包括：電機驅(qū)動模塊、步進電動機、平衡檢測模塊、光電檢測模塊、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語言編寫實現(xiàn)了平衡檢測和校正功能?？傮w來說，系統(tǒng)的設計符合要求，可以在規(guī)定的時間內(nèi)達到平衡狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：電動車蹺蹺板；AT89S52；平衡檢測；角度傳感器

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

1 系統(tǒng)設計
1．1 總體設計
本系統(tǒng)采用單片機作為控制系統(tǒng)的主模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)控制與信號檢測，系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。主要包括單片機模塊、電機驅(qū)動模塊、步進電動機、平衡檢測模塊、光電檢測模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊。

系統(tǒng)通過平衡檢測來判斷電動車是否處于平衡狀態(tài)，使電動車停留在C處附近，采用光電檢測模塊使電動車行駛至B處停止，采用尋黑線方法使電動車直線前行以及由末端B處能夠直線后退到始端A處。紅外遙控啟動系統(tǒng)，液晶顯示各階段用時以及溫度時間。在配重情況下通過黑線檢測的方法使電動車在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的任意指定位置順利駛上蹺蹺板。此方案用平衡檢測模塊實現(xiàn)系統(tǒng)平衡，用尋黑線調(diào)整車身與蹺蹺板同向，總體設計完全達到題目要求，可行性很高。
1．2 硬件選型
通過比較并結(jié)合自身優(yōu)勢最終選擇AT89S52單片機作為本系統(tǒng)的核心部分。該款單片機與MCS51系列完全兼容，易于開發(fā)調(diào)試。其片內(nèi)帶有FLASH存儲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關(guān)來檢測蹺蹺板上黑線。在沒有探測到黑線時，探頭輸出始終保持低電平。當檢測到黑線時，輸出立刻由低電平跳變到高電平。紅外光電開關(guān)送來的信號經(jīng)放大整形后送單片機分析處理，如圖2所示。

為保證小車在蹺蹺板上能嚴格地沿黑線前進和倒退，本方案共采用了前邊8個探頭，后面2個探頭的方案。前邊8個探頭可以保持小車在前進時完全保持車身在板內(nèi)，高精度的轉(zhuǎn)向使小車前進時距板邊沿嚴格控制在4 cm以內(nèi)；考慮到小車后退要求較簡單，經(jīng)實驗和檢測后邊2個探頭足以使小車保持在板內(nèi)。
1．3 軟件設計
1．3．1 平衡檢測模塊方案設計
方案一：采用角度傳感器直接測量系統(tǒng)角度的變化，當角度變化不超過所定范圍即認為達到平衡。角度測量精確，靈敏度高，實時性強，構(gòu)造簡單。
方案二：置一裝有適量水的小水罐于車上，當上坡時水體傾斜，當達到平衡狀態(tài)時水體幾乎水平，利用液位傳感器檢測液面高度實現(xiàn)系統(tǒng)平衡。此方案可行，但會增加電動車載重，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，所以選擇方案一。
1．3．2 驅(qū)動電機方案設計
方案一：直流電機，即采用H型PWM驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機，改變電機電壓極性實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，PWM占空比控制轉(zhuǎn)速，由于電壓難達到很高的精度，其轉(zhuǎn)速也達不到本系統(tǒng)的精度。
方案二：步進電機，按照接收脈沖數(shù)控制其步數(shù)，按照給定步進電機的步序和步數(shù)直接控制步進電機的運動，可以提高精確性，適合平衡狀態(tài)及位置檢測。
比較兩種方案，選擇方案二。