基于51單片機的電動車蹺蹺板設(shè)計

1.引言

本設(shè)計為參加電子設(shè)計競賽而作，較好地解決了電動車在蹺蹺板上的運行和控制問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，控制比較準確。

2.系統(tǒng)方案設(shè)計、比較與論證

根據(jù)題目的基本要求，設(shè)計任務(wù)主要完成電動車在規(guī)定時間內(nèi)按規(guī)定路徑穩(wěn)定行駛，并能具有保持平衡功能，同時對行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進行處理顯示。為完成相應(yīng)功能，系統(tǒng)可以劃分為以下幾個基本模塊：電動機驅(qū)動模塊、尋跡線探測模塊、平衡狀態(tài)檢測模塊、信息顯示模塊。見圖1

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1尋跡線探測模塊

探測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)接受到反射光強弱由傳感器產(chǎn)生高低電平并最終通過單片機判斷是否到達黑線或偏離跑道。

方案一：由可見光發(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，但其缺點在于周圍環(huán)境光源會對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。此種方法簡單，價格便宜，靈敏度可調(diào)，但易受到周圍環(huán)境影響，特別是較強光照對檢測信號的影響，會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。再加上時間有限，制作分立電路較繁瑣。

方案三：集成式紅外探頭?？梢圆捎眉蓴嗬m(xù)式光電開關(guān)探測器，它具有集成度高、工作性能可靠的優(yōu)點，只須調(diào)節(jié)探頭上的一個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。紅外探測器E3F-DS30C4見圖3。

圖3 集成紅外探測頭

基于上述考慮，為了提高系統(tǒng)信號采集檢測的精度，我們采用方案三。

2.2平衡狀態(tài)檢測模塊

方案一：斷續(xù)式光電開關(guān)。在蹺蹺板兩頭的地面上各放置一個，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，從而認為達到平衡狀態(tài)，由單片機控制小車運動狀態(tài)使蹺蹺板達到動態(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)線與單片機傳輸信號，使小車失去獨立性。

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

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