基于51單片機(jī)的電動(dòng)車蹺蹺板設(shè)計(jì)

1.引言

本設(shè)計(jì)為參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽而作，較好地解決了電動(dòng)車在蹺蹺板上的運(yùn)行和控制問(wèn)題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，控制比較準(zhǔn)確。

2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、比較與論證

根據(jù)題目的基本要求，設(shè)計(jì)任務(wù)主要完成電動(dòng)車在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按規(guī)定路徑穩(wěn)定行駛，并能具有保持平衡功能，同時(shí)對(duì)行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示。為完成相應(yīng)功能，系統(tǒng)可以劃分為以下幾個(gè)基本模塊：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、尋跡線探測(cè)模塊、平衡狀態(tài)檢測(cè)模塊、信息顯示模塊。見(jiàn)圖1

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1尋跡線探測(cè)模塊

探測(cè)路面黑色尋跡線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接受到反射光強(qiáng)弱由傳感器產(chǎn)生高低電平并最終通過(guò)單片機(jī)判斷是否到達(dá)黑線或偏離跑道。

方案一：由可見(jiàn)光發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射-接收電路，如圖2所示。該方案成本較低，易于制作，但其缺點(diǎn)在于周圍環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判;如果采用超高亮發(fā)光管和高靈敏度光敏管可以降低一定的干擾，但又將增加額外的功率損耗。

圖2 方案一電路

方案二：自制紅外探頭電路。此種方法簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，靈敏度可調(diào)，但易受到周圍環(huán)境影響，特別是較強(qiáng)光照對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。再加上時(shí)間有限，制作分立電路較繁瑣。

方案三：集成式紅外探頭。可以采用集成斷續(xù)式光電開(kāi)關(guān)探測(cè)器，它具有集成度高、工作性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，只須調(diào)節(jié)探頭上的一個(gè)旋鈕即可以控制探頭的靈敏度。此種探頭還能有效地防止普通光源(如日光燈等)的干擾。紅外探測(cè)器E3F-DS30C4見(jiàn)圖3。

圖3 集成紅外探測(cè)頭

基于上述考慮，為了提高系統(tǒng)信號(hào)采集檢測(cè)的精度，我們采用方案三。

2.2平衡狀態(tài)檢測(cè)模塊

方案一：斷續(xù)式光電開(kāi)關(guān)。在蹺蹺板兩頭的地面上各放置一個(gè)，調(diào)節(jié)靈敏度使其在一定范圍內(nèi)接收不到反射光產(chǎn)生低電平，從而認(rèn)為達(dá)到平衡狀態(tài)，由單片機(jī)控制小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使蹺蹺板達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。然而此方案平衡控制不靈敏，難以調(diào)節(jié)，還需用導(dǎo)線與單片機(jī)傳輸信號(hào)，使小車失去獨(dú)立性。

方案二：采用角度傳感器。該集成芯片為專用的水平傾角測(cè)量芯片，具有體積小、靈敏度高、簡(jiǎn)單、可靠等優(yōu)點(diǎn)，可高度滿足該題對(duì)平衡角度的精確要求。

經(jīng)過(guò)以上兩個(gè)方案比較，方案二明顯優(yōu)于方案一，故采用方案二。