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基于AVR单片机的电动车跷跷板

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基于AVR单片机的电动车跷跷板一、要求赛题要求设计并制作一个跷跷板电动车。在不加配重的情况下，电动车从起始端A出发到跷跷板末端B循线行驶，并要求在中心点C附近，使跷跷板处于平衡。然后电动车从B点停止5s后，1min内倒退回起始端A。发挥部分：将配重固定在可调整范围内，将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点以外的90。扇形区域内，电动车循线自动驶上跷跷板，并在跷跷板上取得平衡，保持平衡5s钟以上；然后改变配重放置的位置，电动车应能重新平衡。对于基本部分，要用光电传感器(STl78)保证小车在跷跷板上走直线，用角度传感器SCAl00T—D02检测角度。然后，进行算法的设计。在整个行驶过程中，分阶段实时显示电动车行驶所用的时间，给出明显的平衡指示。我们选用NOKIA3310屏，设置一个定时器就可以显示了。对于发挥部分，硬件上不用加模块，只要再设计算法就可以了。我们觉得达到这些要求不是很难，于是进行了创新设计分析。我们为小车增加了躲避故障检测、速度测量、语言提示等功能。二、方案论证1．主控制器选择控制器的选择非常重要，我们训练时用的是AVR单片机ATMEGAl6，考虑到程序比较长，所以选用了32kFlash的ATMEGA32作为主控制芯片。主控制器主要完成电机控制、循线控制、时间显示、平衡控制等工作，是整个系统的核心。用AVR单片机控制电机，可以通过硬件产生PWM波，只要设置相应的控制寄存器就可以了．它比51系列控制电机有很大优势。湖南工程学院◎林浩石自辉宋唯伟指导老师：杨跃龙郭照南王迎旭2．小车主体选择比赛前玩过一种电动车，这种车前轮为转向轮，后轮为驱动轮的。这种小车的缺点是方向不好控制．而且这种小车没有减速齿轮，跑起来很快，不易控制。我们放弃了这种小车。我们选用了大轮越野式电动小车。它左右轮各有一个电机控制，可以使左右轮同时前转，后转，或使一个轮快转、一轮慢转。以调整方向。特别是车轮直径大且有大格花纹，摩擦力大，载重性能好，可以很好的实现小车的点动行驶而找到平衡，且行驶平稳。3．平衡检测模块选择用角度传感器检测平衡，这是整个作品设计的关键，可以说是成也在它，败也在它。方案一：采用模拟量输出的传感器。这种传感器笨重，外边还要用线加挂一个重物，输出为模拟电压，输入单片机要换算。考虑到单片机的执行速度，我们放弃了这种传感器。方案二：采用倾角传感器SCAl00T—D02检测小车的倾角。该传感器是采用微电子机电技术(MEMS)制造的一款加速度倾角传感器，与传统触点电位器式的倾角传感器相比具有体积小、安装方便、以数字信号输出易于控制、精度高、响应速度快等优点。经比较，我们选用此方案中的倾角传感器来检测小车的平衡状态。4．循线检测方案一：采用发光二极管和光敏二极管构成给定轨迹的探测．此方案的缺点在于环境光源易对光敏二极管的工作产生干扰，有可能造成误判．方案二：采用红外光电传感器STl78实现给定轨迹的探测。该传感器可以方便的改变检测的灵敏度，检测黑线灵敏度高。同时其尺寸小，价格低廉，且电路简单，故选用。5．显示器选择考虑本系统采用电池供电，H显示器是安装在小2008年第9期电子制作·39竞赛园地 l车上。显示器应具有功耗小、重量轻，体积小的优点。经比较，选用屏幕美观的3310LCD符合本系统的要求。6．供电方式选择方案一：电动车电机驱动板和单片机分别采用各自的电源供电。避免了电机在启动瞬间的大电流对单片机形成干扰，保证了抗干扰性能。方案二：驱动系统和单片机共用一个电源供电，采用分割地的方式实现抗干扰。考虑电动车的运动性和抗干扰性，我们选择方案一的双电源供电的方式。三、方案实现1．硬件设计(1)总体方案系统主要由传感器、ATMEGA32单片机、直流电机驱动器和电动车左侧轮、右侧轮轮电机、显示及按键输入几部分组成，系统结构框图如图1所示。分别用于前进、后退的5个红外光电传感器STl78输出的轨迹探测信号，分别送入ATMEGA32单片机PC0一PC4口和PA3一PA7口。由单片机通过软件计算判断行驶轨迹，发出2路PWM控制信号，经直流电机驱动器，分别控制电动车左侧轮、右侧轮电机的运行。倾角传感器SCAl00T—D02输出的检测电动车倾角信号，送人ATMEGA32单片机PBO～PB2、PC7口。当电动车到达中点C后，单片机控制电动车改为步进方式，寻找平衡点。当倾角信号约等于零时，单片机发出控制信号，使电动车停车5s，并由状态提示模块发出平衡信号，由NOKIA5110LCD显示时间和工作状态。电动车在中点C平衡5s后，单片机发出控制信号，控制电动车以一定的速度向末端B循线行驶。并由红外光电传感器STl78探测到末端B的位置，控制电动车在末端B停车。然后监测尾部光电传感器，控制左、右轮电机反转，电动车循线倒退回到起点A。按键输入信号，接入ATMEGA32单片机的PD5、PD6口。PD5口对应的按键提供任务选项选择，PD6口对应的按键负责确认任务执行。(2)循线检测电路设计光电传感器STl78检测电路的设计如图2所示。调节RPl可以改变检测的灵敏度，光电传感器通过反射接收给定轨迹的明暗变化，转换成强度不同的电流信号，通过7414比较器，转换成rITI．L电平给单片机。检测到黑线，单片机读入信息0，否则为1。(3)驱动电路设计与计算图1电动车跷跷板的系统结构40·电子制作2008年第9期图2循线检测电路草图3直流电机驱动电路

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