基于單片機AT89S52的電動(dòng)車(chē)蹺蹺板設計

摘要：該文通過(guò)采用AT89S52作為控制核心，設計了整個(gè)電動(dòng)車(chē)蹺蹺板系統。系統的硬件部分主要包括：電機驅動(dòng)模塊、步進(jìn)電動(dòng)機、平衡檢測模塊、光電檢測模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊；軟件部分則采用高效的C語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)現了平衡檢測和校正功能?？傮w來(lái)說(shuō)，系統的設計符合要求，可以在規定的時(shí)間內達到平衡狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)車(chē)蹺蹺板；AT89S52；平衡檢測；角度傳感器

0 引言
本系統設計要解決的電動(dòng)車(chē)蹺蹺板問(wèn)題，要求電動(dòng)車(chē)能夠在規定時(shí)間內到達蹺蹺板的中心點(diǎn)C處，并保持平衡，隨后電動(dòng)車(chē)到達蹺蹺板的末端B處，停留之后返回始端A處。另外，如果將蹺蹺板重新配重，則要求電動(dòng)車(chē)在規定范圍內駛上蹺蹺板，同時(shí)，在規定時(shí)間內也能實(shí)現平衡，如果再加一塊重物之后蹺蹺板重新達到平衡。

1 系統設計
1．1 總體設計
本系統采用單片機作為控制系統的主模塊，實(shí)現系統控制與信號檢測，系統的總體框圖如圖1所示。主要包括單片機模塊、電機驅動(dòng)模塊、步進(jìn)電動(dòng)機、平衡檢測模塊、光電檢測模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊。

系統通過(guò)平衡檢測來(lái)判斷電動(dòng)車(chē)是否處于平衡狀態(tài)，使電動(dòng)車(chē)停留在C處附近，采用光電檢測模塊使電動(dòng)車(chē)行駛至B處停止，采用尋黑線(xiàn)方法使電動(dòng)車(chē)直線(xiàn)前行以及由末端B處能夠直線(xiàn)后退到始端A處。紅外遙控啟動(dòng)系統，液晶顯示各階段用時(shí)以及溫度時(shí)間。在配重情況下通過(guò)黑線(xiàn)檢測的方法使電動(dòng)車(chē)在規定區域內的任意指定位置順利駛上蹺蹺板。此方案用平衡檢測模塊實(shí)現系統平衡，用尋黑線(xiàn)調整車(chē)身與蹺蹺板同向，總體設計完全達到題目要求，可行性很高。
1．2 硬件選型
通過(guò)比較并結合自身優(yōu)勢最終選擇AT89S52單片機作為本系統的核心部分。該款單片機與MCS51系列完全兼容，易于開(kāi)發(fā)調試。其片內帶有FLASH存儲器且可在線(xiàn)下載程序，片上各種資源完全能滿(mǎn)足本系統的要求。
本方案中選用普通反射式紅外光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測蹺蹺板上黑線(xiàn)。在沒(méi)有探測到黑線(xiàn)時(shí)，探頭輸出始終保持低電平。當檢測到黑線(xiàn)時(shí)，輸出立刻由低電平跳變到高電平。紅外光電開(kāi)關(guān)送來(lái)的信號經(jīng)放大整形后送單片機分析處理，如圖2所示。

為保證小車(chē)在蹺蹺板上能?chē)栏竦匮睾诰€(xiàn)前進(jìn)和倒退，本方案共采用了前邊8個(gè)探頭，后面2個(gè)探頭的方案。前邊8個(gè)探頭可以保持小車(chē)在前進(jìn)時(shí)完全保持車(chē)身在板內，高精度的轉向使小車(chē)前進(jìn)時(shí)距板邊沿嚴格控制在4 cm以?xún)?；考慮到小車(chē)后退要求較簡(jiǎn)單，經(jīng)實(shí)驗和檢測后邊2個(gè)探頭足以使小車(chē)保持在板內。
1．3 軟件設計
1．3．1 平衡檢測模塊方案設計
方案一：采用角度傳感器直接測量系統角度的變化，當角度變化不超過(guò)所定范圍即認為達到平衡。角度測量精確，靈敏度高，實(shí)時(shí)性強，構造簡(jiǎn)單。
方案二：置一裝有適量水的小水罐于車(chē)上，當上坡時(shí)水體傾斜，當達到平衡狀態(tài)時(shí)水體幾乎水平，利用液位傳感器檢測液面高度實(shí)現系統平衡。此方案可行，但會(huì )增加電動(dòng)車(chē)載重，靈敏度不是很高，要求液體不出現振蕩。
比較兩種方案，方案一具有明顯優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案一。
1．3．2 驅動(dòng)電機方案設計
方案一：直流電機，即采用H型PWM驅動(dòng)電路驅動(dòng)直流電機，改變電機電壓極性實(shí)現正反轉，PWM占空比控制轉速，由于電壓難達到很高的精度，其轉速也達不到本系統的精度。
方案二：步進(jìn)電機，按照接收脈沖數控制其步數，按照給定步進(jìn)電機的步序和步數直接控制步進(jìn)電機的運動(dòng)，可以提高精確性，適合平衡狀態(tài)及位置檢測。
比較兩種方案，選擇方案二。