2011年度全国大学生电子设计竞赛_基于自由摆的平板控制系统(B题).pdf

2011年全国大学生电子设计竞赛 基于自由摆的平板控制系统（B题） 【本科组】 2011年9月2日 摘 要 本题要求设计一个自由摆平板控制系统，其中倾角传感器SCA60C、步进电机和单片 机AT89C52系统是核心部件。利用SCA60C倾角传感器进行数据采集；在控制平板转动 角度、速度方面，经过充分比较、论证，最终选用了控制精确的步近电机42BYG250-40， 其最小步进角1.8度，易于控制平板转动角度；将倾角传感器采集数据进行AD转换将 数字信号传给单片机并通过共阳数码管实现显示自由摆偏转角度；采用单片机内部时钟 实现精确计时。最后的实验表明，系统完全达到了设计要求，并增加了角度显示创新功 能。 关键词：自由摆、倾角传感器SCA60C、单片机、步进电机、数码管显示。 2 目录 一：系统方案 …………………………………………………………………………P4 1.1方案论证 …………………………………………………………………………P4 1.1.1控制器模块 ………………………………………………………………P4 1.1.2角度检测模块………………………………………………………………P4 1.1.3电机模块……………………………………………………………………P4 1.1.4驱动电机模块………………………………………………………………P4 1.1.5显示模块……………………………………………………………………P4 1.1.6电源模块……………………………………………………………………P4 1.2系统设计 …………………………………………………………………………P5 1.3结构框图 …………………………………………………………………………P5 二、理论分析与计算 …………………………………………………………………P5 2.2 自由摆偏离角与平板倾角关系…………………………………………………P5 2.1 时钟周期与平板转动角度关系…………………………………………………P5 三、电路与程序设计 …………………………………………………………………P6 3.1检测电路设计 ……………………………………………………………………P6 3.2电源模块设计 ……………………………………………………………………P6 3.3驱动步进电机模块 ………………………………………………………………P6 3.4软件设计与工作流程图 …………………………………………………………P7 3.4.1软件设计 ………………………………………………………………………P7 3.4.2工作流程图 ……………………………………………………………………P7 四、测试方案与测试结果 ……………………………………………………………P8 4.1测试仪表 …………………………………………………………………………P8 4.2自由摆摆动一个周期时间测试……………………………………………………P8 4.3平板转动固定角度需给脉冲数目的确定…………………………………………P8 4.4测试功能实现………………………………………………………………………P8 五、结语 ………………………………………………………………………………P8 附录 附录一 总原理图………………………………………………………………………P10 附录二 源程序…………………………………………………………………………P11 3 一：系统方案 本题要求设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，能实现在自由摆摆动过程中平 板自由旋转，以及在自由摆摆动过程中平摆上放置硬币使硬币不滑落。发挥部分要求实 现用手推动摆杆至一个角度θ（θ在30º～60º间），启动后，系统应在15 秒钟内 控制平板尽量使平板上的激光笔照射在设定的中心线上。 本系统利用角度传感器检测单摆摆动角度并用数