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工程技術(shù)基于單片機(jī)控制的電動(dòng)車蹺蹺板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)①肖鋒瑞

朱廣全

吳曉霞（河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程系

河北邢臺(tái)０５４０００）摘要：本文抗２００７年全啊大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽Ｊ粼電動(dòng)車競(jìng)競(jìng)板濰出－－／Ｉ＇詳細(xì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。本系統(tǒng)采用凌陽(yáng)１６往ＳＰＣＥ０６ｌＡ單片機(jī)作為控翻核心，小車動(dòng)力部分連用控翻精確的步進(jìn)電機(jī)，采用虹外沖管ＴＣＲＴＳ０００實(shí)現(xiàn)小車尋跡走直線等功蠢－通過(guò)自材重力擺找平衡點(diǎn)。關(guān)鍵詞：ＳＰＣＥ０６１Ａ單片機(jī)

步進(jìn)電機(jī)

重力擺中圖分類號(hào)ｚＴ

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼ｌ

文章編號(hào)：１６７２－－￥７９Ｉ（２００９）０７（ｂ）－－００６４－－０１全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部、信息產(chǎn)業(yè)部組織的學(xué)科競(jìng)賽，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，目的在于推動(dòng)全國(guó)普通高等學(xué)校信息和電子類學(xué)科面向二十一世紀(jì)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革。筆者就０７年《電動(dòng)車蹺蹺板》的要求，采用凌陽(yáng)１６位ＳＰＣＥ０６１Ａ單片機(jī)給出一種新型的解決方案。１系統(tǒng)各模塊的選擇１．１控制器模塊采用凌陽(yáng)１６位ＳＰＣＥ０６ｌＡ單片機(jī)。ＳＰＣＥ０６１Ａ單片機(jī)的晶振頻率為３２７６８Ｈｚ，３２位可編程ＩＯ口，１４個(gè)中斷源，２個(gè)１６位的可編程的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力高、集成度高、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。處理速度高，尤其適用于語(yǔ)音處理和識(shí)別

圈３

平衡尋跡子程序流程圈等領(lǐng)域。內(nèi)部資源豐富，集成了Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換，易于數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)其在線仿真技術(shù)，軟硬件調(diào)試也方便。１．２顯示模塊采用凌陽(yáng)ＳＰＬＣＳ０１液晶顯示器顯示。液晶顯示屏具有低功耗、平面直角顯示、影響穩(wěn)定不閃爍、可視面積大、畫(huà)面效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗小、尺寸小、超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺(jué)舒服等特點(diǎn)。液晶動(dòng)態(tài)顯示功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，使系統(tǒng)更加直觀，更趨智能化和人性化。１．３電機(jī)模塊系統(tǒng)功能需要使小車平衡．必須對(duì)小車移動(dòng)進(jìn)行精確控制，可以選擇采用步進(jìn)電機(jī)。其旋轉(zhuǎn)度數(shù)可直接通過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)的步進(jìn)數(shù)的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)，其精度可達(dá)到０．９度／步。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用Ｌ２９８Ｎ電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該芯片內(nèi)含有兩個(gè)Ｈ橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其驅(qū)動(dòng)電流大，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)專門(mén)

設(shè)計(jì)。工作穩(wěn)定。１．４平衡模塊采用重力擺來(lái)衡量蹺蹺板的平衡狀況，通過(guò)角度的變化，來(lái)改變Ｉ／０口的輸出電平，從而控制小車的前后移動(dòng)，能準(zhǔn)確的測(cè)試蹺蹺板的平衡狀態(tài)。該重力擺具有靈敏度高、分辨率高等特點(diǎn)。１．５尋跡模塊方案的論證與選擇通過(guò)紅外對(duì)管來(lái)實(shí)現(xiàn)，它測(cè)量距離近，但反應(yīng)靈敏，準(zhǔn)確。相比光電傳感器而言，其體積較小。價(jià)格較低，安裝容易。１．６聲光顯示模塊的論證與選擇當(dāng)蹺蹺板達(dá)到平衡時(shí)，Ｉ／Ｏ口輸出高電壓，使二極管點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。２主要硬件電路的設(shè)計(jì)與連接重力擺使用示意圖如下所示：重力擺安裝在電動(dòng)車正后方，重錘由于重力作用始終垂直向下，引線（金屬線）連接＋５Ｖ電壓。左右固定有兩個(gè)觸點(diǎn)。與重錘之間的角度為。當(dāng)電動(dòng)車處于平衡位置時(shí)，重錘引線與左右觸點(diǎn)都不接觸（如圖ｌ所示），ＩＯＡ４與ＩＯＡ５輸入都為低電平，當(dāng)蹺蹺板Ｂ端向上傾斜時(shí)，重錘引線與ＩＯＡ４接觸（如圖２所示），給單片機(jī)輸入高電平，控制小車前進(jìn)，當(dāng)蹺蹺板Ｂ端向下傾斜時(shí)，重錘引線與ＩＯＡ５接觸，給單片機(jī)輸入高電平，控制小車后退。經(jīng)過(guò)小車多次自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到了良好的平衡效果。

３系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用Ｃ語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，在凌陽(yáng)ｕｎＳＰＩＤＥ平臺(tái)上完成單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能和指標(biāo)要求。平衡尋跡子程序流程圖如圖１、圖２所示．４結(jié)語(yǔ)本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件線路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件在編程上的靈活性，來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)測(cè)試運(yùn)行效果良好，達(dá)到了預(yù)期的目的，其性能指標(biāo)完成了題目所有要求。采用ＳＰＣＥ０６１Ａ十六位單片機(jī)體現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)越性，集中表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)功能齊全，外圍電路簡(jiǎn)單、以及可維護(hù)性強(qiáng)，液晶顯示清晰，尋跡誤差較小。本設(shè)計(jì)的獨(dú)特創(chuàng)新點(diǎn)在于采用自制重力擺實(shí)現(xiàn)了蹺蹺板的平衡，而沒(méi)有使用昂貴的角度傳感器，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)節(jié)省了大量資金。參考文獻(xiàn)【１】羅亞非．凌陽(yáng)１６位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)【Ｍ】．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，２００５．【２】劉海成．ＭＣＵ—ＤＳＰ型單片機(jī)原理及應(yīng)用【Ｍ】．北京；北京航空航天大學(xué)出版社，２００６．【３】全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)組委會(huì)．第六屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編圈１平衡位置重力擺示意圖

圈２傾斜位置重力擺示意圖

此設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)獨(dú)特的創(chuàng)新點(diǎn)所在。能精確的實(shí)現(xiàn)蹺蹺板的平衡。

（２００３）【Ｍ】．北京：北京理工大學(xué)出版社，２∞５．①作者簡(jiǎn)介：肖鋒瑞（１９８２－），男，山東省濟(jì)南人。河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程系助教。研究方向：．Ｎｅｔ程序開(kāi)發(fā)、單片機(jī)控制技術(shù)。６４

科技資訊ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＯＹ萬(wàn)方數(shù)據(jù)

ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ基于單片機(jī)控制的電動(dòng)車蹺蹺板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：

肖鋒瑞，朱廣全，吳曉霞河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)信息工程系,河北邢臺(tái),054000科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009，(20)0次參考文獻(xiàn)(3條)1.羅亞非凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)20052.劉海成MCU-DSP型單片機(jī)原理及應(yīng)用20063.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)組委會(huì)第六屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編(2003)2005相似文獻(xiàn)(8條)1.期刊論文張玉均.楊曉邦.ZhangYujun.YangXiaobang基于SPCE061A的步進(jìn)電機(jī)控制及語(yǔ)音播報(bào)設(shè)計(jì)-中國(guó)科技信息2007(16)本設(shè)計(jì)采用16位凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī),利用單片機(jī)的I/O口輸出的時(shí)序方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào),使信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片2003來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī);同時(shí),用4×3鍵盤(pán)控制電機(jī)的狀態(tài),用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并利用凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的語(yǔ)音功能播報(bào)其轉(zhuǎn)速.2.期刊論文薛明艮.XUEMing-yin小車自動(dòng)入庫(kù)系統(tǒng)-機(jī)電工程技術(shù)2008,37(9)小車自動(dòng)入庫(kù)系統(tǒng)采用SPCE061A單片機(jī)作為小車控制核心,采用自制圓形多角度紅外接收器檢測(cè)車庫(kù)位置;使用步進(jìn)電機(jī)打開(kāi)、關(guān)閉門(mén)欄;采用PWM技術(shù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,H型驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向.基于可靠的硬件設(shè)計(jì)和干擾的雙電源供電方案,采用穩(wěn)定的軟件算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)小車在行進(jìn)過(guò)程中精確控制,使其能準(zhǔn)確檢測(cè)光源、找出車的準(zhǔn)確位置而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)入庫(kù)功能.3.期刊論文張震宇.ZHANGZhen-yu基于SPCE061A單片機(jī)的非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用-電子器件2007,30(5)研究了一種以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)為基礎(chǔ)的非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù).介紹了硬件平臺(tái)的構(gòu)成,重點(diǎn)分析了非特定人語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程的基本原理及相關(guān)算法,從軟件設(shè)計(jì)角度具體闡述了語(yǔ)音識(shí)別在該單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)過(guò)程.最后,成功地對(duì)步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用了這種語(yǔ)音識(shí)別技術(shù),取得了預(yù)期的控制效果.4.期刊論文龐濤.尹志強(qiáng).朱華炳.柳欣.PANGTao.YINZhi-qiang.ZHUHua-bing.LIUXin爬樓梯小車控制系統(tǒng)的研制-合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2006,29(9)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)爬樓梯小車的速度及方向的無(wú)線控制,文章在研究了凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A的基礎(chǔ)之上,結(jié)合紅外線發(fā)射及接收芯片TX-2B/RX-2B實(shí)現(xiàn)紅外遙控,采用步進(jìn)電機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)小車的變速及轉(zhuǎn)彎;利用單片機(jī)較完備的語(yǔ)音處理功能及外接功放電路,使小車能夠在行進(jìn)中發(fā)音;實(shí)踐表明,該電路工作穩(wěn)定可靠.5.期刊論文楊滁光.徐德好.YANGChu-guang.XUDe-hao步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制方法探討-儀器儀表用戶2009,16(4)步進(jìn)電機(jī)是一種易于精確控制的電機(jī),由于其良好的性能而受到廣泛的應(yīng)用,其控制方法也多種多樣.介紹了SPCE061A單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方法,并且詳細(xì)介紹了單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)方案和軟件程序設(shè)計(jì).該系統(tǒng)控制精度高,可靠性和抗干擾能力強(qiáng).6.期刊論文胡建明電動(dòng)車蹺蹺板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-科技資訊2007(36)本設(shè)計(jì)方案以凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)為核心,通過(guò)光電傳感器尋跡,檢測(cè)電動(dòng)車在蹺蹺板上前進(jìn)后退的尋跡和兩個(gè)端點(diǎn)的尋跡,控制電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);通過(guò)角度傳感器實(shí)時(shí)采集電動(dòng)車外部信號(hào),控制電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)蹺蹺板的平衡;用兩相步進(jìn)電機(jī)控制電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);利用LCD顯示電動(dòng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)間;通過(guò)蜂鳴器、發(fā)光二極管發(fā)出聲光提示信息,完成電動(dòng)車蹺蹺板的設(shè)計(jì).7.學(xué)位論文柳欣第四屆CCTV機(jī)器人電視大賽控制系統(tǒng)的研制2006本文在充分研究各種控制對(duì)象的基礎(chǔ)上，提出了基于凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，采用模塊化思想，設(shè)計(jì)了各個(gè)硬件模塊的接口電路，主要包括電源穩(wěn)壓模塊、鍵盤(pán)輸入模塊、傳感器信號(hào)檢測(cè)識(shí)別模塊、氣閥控制模塊、直流電機(jī)功率放大驅(qū)動(dòng)電路模塊和PWM信號(hào)產(chǎn)生電路控制舵機(jī)模塊等，并制作PCB，采取各種抗干擾措施，為控制系統(tǒng)提供了良好的硬件平臺(tái)。同時(shí)，充分利用各種傳感器采集外界信息，采取不同的傳感器陣列，配合適當(dāng)?shù)能浖惴?，完成各種不同的功能。此外，本文還對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直流伺服電機(jī)的控制也做了相應(yīng)的研究，對(duì)自主機(jī)器人的速度控制和位置控制達(dá)到了預(yù)先制訂的要求。最后，本文指出了在設(shè)計(jì)中的一些不足之處，并提出了一些改進(jìn)意見(jiàn)。8.學(xué)位論文李鵬介入治療嵌入式進(jìn)針控制系統(tǒng)研究2009隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人們的健康觀念、健康方式和途徑都發(fā)生著深刻變化。扎針是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)外科手術(shù)中使用較為普遍的技術(shù)手段，它是許多醫(yī)學(xué)診斷、治療及科學(xué)研究包括經(jīng)皮介入治療和活體組織病理檢查的重要手段。提高扎針過(guò)程的自動(dòng)化程度，能降低對(duì)操作者技術(shù)水平等人為因素的要求，提高扎針的精度和效率，最大程度地減少對(duì)患者器官及主要血管的損傷，成為未來(lái)臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。@@我們分析了介入治療中扎針的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，基于SPCE061A單片機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合獨(dú)立設(shè)計(jì)的進(jìn)針機(jī)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了實(shí)現(xiàn)進(jìn)針過(guò)程的嵌入式控制系統(tǒng)。本文在進(jìn)針機(jī)構(gòu)、控制電路、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性等方面做了一些有意義的探索，并進(jìn)行了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究。@@本文主要研究了進(jìn)針系統(tǒng)的控制驅(qū)動(dòng)部分，以SPCE061A芯片作為控制核心，開(kāi)發(fā)了進(jìn)針系統(tǒng)的控制硬件電路板，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)針的旋轉(zhuǎn)