基于51單片機的電動(dòng)車(chē)蹺蹺板設計

1.引言

本設計為參加電子設計競賽而作，較好地解決了電動(dòng)車(chē)在蹺蹺板上的運行和控制問(wèn)題，系統結構比較簡(jiǎn)單，控制比較準確。

2.系統方案設計、比較與論證

根據題目的基本要求，設計任務(wù)主要完成電動(dòng)車(chē)在規定時(shí)間內按規定路徑穩定行駛，并能具有保持平衡功能，同時(shí)對行程中的有關(guān)數據進(jìn)行處理顯示。為完成相應功能，系統可以劃分為以下幾個(gè)基本模塊：電動(dòng)機驅動(dòng)模塊、尋跡線(xiàn)探測模塊、平衡狀態(tài)檢測模塊、信息顯示模塊。見(jiàn)圖1

圖1 系統框圖

2.1尋跡線(xiàn)探測模塊

探測路面黑色尋跡線(xiàn)的原理：光線(xiàn)照射到路面并反射，由于黑線(xiàn)和白紙的反射系數不同，可根據接受到反射光強弱由傳感器產(chǎn)生高低電平并最終通過(guò)單片機判斷是否到達黑線(xiàn)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?chē)h(huán)境光源會(huì )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(jiǎn)單，價(jià)格便宜，靈敏度可調，但易受到周?chē)h(huán)境影響，特別是較強光照對檢測信號的影響，會(huì )造成系統不穩定。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?？梢圆捎眉蓴嗬m式光電開(kāi)關(guān)探測器，它具有集成度高、工作性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，只須調節探頭上的一個(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。紅外探測器E3F-DS30C4見(jiàn)圖3。

圖3 集成紅外探測頭

基于上述考慮，為了提高系統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：斷續式光電開(kāi)關(guān)。在蹺蹺板兩頭的地面上各放置一個(gè)，調節靈敏度使其在一定范圍內接收不到反射光產(chǎn)生低電平，從而認為達到平衡狀態(tài)，由單片機控制小車(chē)運動(dòng)狀態(tài)使蹺蹺板達到動(dòng)態(tài)平衡。然而此方案平衡控制不靈敏，難以調節，還需用導線(xiàn)與單片機傳輸信號，使小車(chē)失去獨立性。

方案二：采用角度傳感器。該集成芯片為專(zhuān)用的水平傾角測量芯片，具有體積小、靈敏度高、簡(jiǎn)單、可靠等優(yōu)點(diǎn)，可高度滿(mǎn)足該題對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。