【正文】 是一種高壓，大電流雙全橋式驅(qū)動器，其設(shè)計是為接受標準 TTL 邏輯電平信號和驅(qū)動電感負載的，例如繼電器，圓筒形線圈，直流電動機和步進電動機。驅(qū)動電路原理圖見附錄。 STC89C52單片機 最小系統(tǒng)板原理圖見附錄。 二、系統(tǒng)硬件設(shè)計 經(jīng)過仔細分析和論證，決定系統(tǒng)各模塊的最終方案如下： （ 1） 控制器 模塊：采用兩片 STC89C52 單片機 控制； （ 2） 平衡控制模塊：采用角度傳感器； （ 3） 路面檢測模塊：采用光電傳感器； （ 4） 方向控制模塊：采用兩個步進電機； （ 5） 電機驅(qū)動模塊：采用集成電機驅(qū)動芯片 L298N； （ 6） 計時顯示模塊：采用液晶顯示器； 設(shè)計完畢的 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 圖 4 所示。而第二種方案在控制和設(shè)計上難度較大。而且這款基于 MCS51 內(nèi)核的單片機支持 ISP 下載，在工作時可以不分頻，速度是加同樣晶振的普通 51 的 12 倍，況 4 且這種單片機的功耗又很低，能夠滿足題目要 求。 各傳感器信號經(jīng)單片機綜合分析處理，同時顯示行駛階段和時間。兩片單片機之間通過串行通信來實現(xiàn)同步控制。 方案三： 方案三系統(tǒng)方框圖如圖 3 所示。 FPGA 可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。 3 液 晶 顯 示光 電 傳 感 器角 度 傳 感 器左 電 機 驅(qū) 動 電 路右 電 機 驅(qū) 動 電 路左 步 進 電 機右 步 進 電 機F P G A 圖 2系統(tǒng)方框圖方案二 采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。再者，雖然 直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣，但精度不高，快速啟動性能較差；根 據(jù)題目要求，要使電動車爬上蹺蹺板，需使電動車具有快速啟動性能，若采用直流電機則很難達到題目要求。 液 晶 顯 示光 電 傳 感 器角 度 傳 感 器電 機 驅(qū) 動 電 路直 流 電 機M C U 控 制 圖 1系統(tǒng)方框圖方案一 采用 ATMEL 公司的 AT89S52 作為核心控制器，傳感器輸出的信號通過單片機的處理，實現(xiàn)液晶顯示，電機驅(qū)動電路采用 PWM 技術(shù)控制直流電機的速度和轉(zhuǎn)向。電機驅(qū)動模塊可以選擇集成電機驅(qū)動芯片 L298N，顯示模塊可以選擇液晶或者數(shù)碼管，平衡控制模塊可以選擇 角度傳感器，路面檢測模塊可以選擇光電傳感器。其中控制部分包括：電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，控制器模塊，計時和狀態(tài)標志模塊。采用穩(wěn)定且獨特的軟件算法，實現(xiàn)了對小車在行進過程中的運動位置、速度、運動方向和運動時間等的精確控制。路面檢測模塊采用 反射式紅外發(fā)射 接收器 來檢測黑線；平衡控制模塊采用角度傳感器；電機驅(qū)動模塊通過單片機輸出相應(yīng)控制信號，靈活方便地對車速進行控制；轉(zhuǎn)向控制模塊通過兩個步進電機的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。 1 電動車蹺蹺板 摘要 ： 本設(shè)計采用兩片 STC89C52 單片機作為電動車的檢測和控制核心，實現(xiàn)電動車在蹺蹺板上行駛、平衡，選擇正確的行進路線、倒退等功能。電路分為路面檢測模塊，平衡控制模塊，電機驅(qū)動模塊，顯示模塊，速度方向控制模塊等幾部 分。步進電機控制核心采用 STC89C52 單片機，與主系統(tǒng)之間通過串行通信來實現(xiàn)同 步控制。 關(guān)鍵詞： 智能控制 電動車 蹺蹺板 步進電機 平衡控制 光電檢測 2 一、 系統(tǒng)方案論證 根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為控制部分和信號檢測部分。信號檢測部分包括：平衡控制模塊，路面檢測模塊。 各種方案比較與選擇 方案一： 方案一系統(tǒng)方框圖如圖 1 所示。但迫于其 MCU 功能和速度有限，沒有足夠的剩余資源用來做進一步的開發(fā)。 方案二： 方案二系統(tǒng)方框圖如圖 2 所示。 采用左右雙步進電機控制兩邊的后輪，用左右電機的轉(zhuǎn)速差來控制轉(zhuǎn)向。由檢測模塊輸出的信 號并行輸入 FPGA， FPGA 通過程序設(shè)計控制小車做出相應(yīng)的動作，但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路圖布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接工作。 S T C 8 9 C 5 2液 晶 顯 示光 電 傳 感 器角 度 傳 感 器S T C 8 9 C 5 2左 電 機 驅(qū) 動 電 路右 電 機 驅(qū) 動 電 路左 電 機右 電 機 圖 3系統(tǒng)方框圖方案三 本方案基于模塊化思想， 采用兩片 STC89C52 單片機作為小車的控制核心，一片 STC89C52 單片機控制兩個電機，另一片 STC89C52 單片機用于其余的控制。 采用左右雙步進電機控制兩邊的后輪，用左右電機的轉(zhuǎn)速差來控制轉(zhuǎn)向。 本方案中所采用的 MCU—— STC89C52 是宏晶推出的性價比極高的單片機，具有 8K 以上的大容量 ROM 可供程序編寫，這極大方便了液晶這樣需要大容量信息存儲的硬件的使用。 對比以上三種方案，第一種方案在 MCU 上性能不足，很難達到預(yù)期的設(shè)計要求。綜合比較后，我們決定采用第三種方案。 S T C 8 9 C 5 2液 晶 顯 示光 電 傳 感 器角 度 傳 感 器S T C 8 9 C 5 2左 電 機 驅(qū) 動 電 路右 電 機 驅(qū) 動 電 路左 電 機右 電 機行 駛 階 段 時 間 顯示 雙機串行通訊 聲 光 報 警平 衡 位 置 顯 示 左 后 輪 速 度 方 向控 制右 后 輪 速 度 方 向控 制E E P R O M 實 時 存儲 圖 4 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 微控制器模塊的設(shè)計 我們利用自己制作的 STC89C52單片機 最小系統(tǒng)板 作為控制模塊。 5 電機驅(qū)動電路的設(shè)計 電機驅(qū)動電路控制安裝在左右后輪的兩個步進電機，實現(xiàn)智能小車的前進后退和轉(zhuǎn)向?？紤]到電壓、電流的等級尺寸、外觀等因素，采用 L298N 構(gòu)成的電機驅(qū)動電路。 在 4— 的電壓下，可以提供 2A 的 驅(qū)動 電流。每個橋的三極管的射極是連接在一起的，相應(yīng)的外接線端可用來連接外設(shè)傳感電阻。 L298N 還有過熱自動關(guān)斷功能，并有反饋電流檢測功能 ，符合電機驅(qū)動的需要。 M4891 11 01 21 3 1 434電 機C D+ VS S+ VS+ Ve n1 0 0 n F 1 0 0 n F189。 表 2 電路的控制邏輯 輸入 功能 Ven = 1 C = 1 ， D = 0 正轉(zhuǎn) C = 0 ， D = 1 反轉(zhuǎn) C = D 快停 Ven = 0 C， D 任意 自由停止 只要通過控制電路對 C、 D 兩個輸入端輸入 TTL 電平的 0 或 1 即可控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。 路面檢測電路的設(shè)計 根據(jù) 題目 ，小車在起始端 300mm 以外 ， 90176。 本設(shè)計中 總 共使用 三 個集成的反射式光電傳感器 TCRT5000 裝在 車 體的 前方。 U1t c r t 50 0010KR2V C C2KR1O U T 圖 7 反射式光電傳感器 電路原理圖 平衡控制電路的設(shè)計 本設(shè)計中采用角度傳感器 WYH1判斷電動車在蹺蹺板上所處的位置， WYH1角度傳感器采用新型磁敏感元件，將機械轉(zhuǎn)動或 角位移轉(zhuǎn)化為電信號輸出，可無電觸點的測量轉(zhuǎn)動角度的變化，輸出模擬電壓信號。連續(xù)轉(zhuǎn)動等特點。 表 3角度傳感器 WYH1基本指標 型 號 工作電壓 線性量程 靈敏度 溫度系數(shù) 分辨率 WYH1 ～ 8V 177。 40mV/1176。176。 圖 8 輸出特性曲線 7 三、系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序流程圖 主程序流程圖如圖 9 所示。 表 4 測試儀器及設(shè)備 儀器名稱 型號 數(shù)量 直流穩(wěn)壓電源 DF1731SL3A 1 雙蹤 示波器 DS5022M 1 電腦 —— 3 萬用表 UT803 2 卷尺 1 秒表 1 8 功能測試 基本功能測試 我們在硬件和軟件部分制作完成后，對系統(tǒng)進行了測試，共進行 8 次，所得數(shù)據(jù)如表 5。 發(fā)揮功能及其他功能測試 我們在完成基本部分后，又完成了發(fā)揮部分的要求，電動車能夠自動駛上蹺蹺板，并在蹺蹺板上取得平衡。 表 6 電動車蹺蹺板測試數(shù)據(jù)記錄（發(fā)揮部分） 測試次數(shù) 第 1次 第 2次 第 3次 第 4次 第 5次 第 6次 第 7次 第 8 次 是否達到平衡 是 是 是 是 是 是 是 是 平衡保持時間（ s） 5 6 8 6 5 8 6 8 測試結(jié)果 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功率接近 100%，數(shù)碼管顯示正常，整體性能非常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)越界現(xiàn) 象。 六、致謝 在為期四天三夜的比賽過程中，我們克服了種種困難，完成了題目的基本要求和發(fā)揮 部分，自身得到了極大的鍛煉，使我們的工作能力，實踐能力，集體協(xié)作能力得到了很大的提高。謝謝。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! 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