《电动车跷跷板》word版.doc

电动车跷跷板
摘要:本系统采用自制的电动小车,以凌阳16 位单片机(SPCE061A)作为小车的检测和控制核心,以两相混合式步进电机42BYG021驱动,通过数字式双轴倾角传感器(ZCT245AL-485)以15HZ的频率实时采集跷跷板的倾角信息,并采用模糊控制算法对步进电机的转速和转向进行调节,再辅助以螺旋桨的微调,以准确找到平衡点位置;系统采用单光束反射取样式光电传感器RPR220探测黑线以实现循迹前进;对步进电机的控制采用细分驱动技术,大大改善了步进电机的运行品质。本系统可在较短时间内完成自动上板,通过跷跷板,寻找平衡点等任务,并对任务完成时间进行语音播报。
关键词:细分驱动;倾角传感器;螺旋桨微调;电动小车;模糊控制
中图分类号:
Abstract: This system adopts dynamoelectric small car made by ourselves and takes SPCE061A 16 bit microprocessor as the control and detecting center. The two wheels of the car are driven by step motors separately. The rotation speed and direction of the motors are controlled by MCU according to the feedback information detected by obliquity sensor and the torque is adjusted by a airscrew so that the small car can find the balance point of the seesaw accurately. This system adopts six infrared sensors to detect black lines on the ground or the seesaw and it can follow the lines according to this signal. We adopt subdivision technology to drive the motor and it improves the performance of the motors remarkably. This system plete all the task within a short time
Keywords: subdivision driver; obliquity sensor ; airscrew adjusting; dynamoelectric car; fuzzy control
1 系统方案
实现方法
图 1系统模块框图
本系统采用自制电动小车,以单片机作为智能小车的检测和控制核心,通过两相混合式步进电机驱动,根据倾角传感器采集的数据,对步进电机的转速和转向进行PID反馈调节。当小车的大概位置确定后,步进电机停止转动,启动直流电机,带动安装在直流电机上的螺旋桨,通过空气的反冲力微调力矩,以准确找到平衡点位置。系统使用了红外对管,通过黑线的引导可实现小车自动上板并对小车在板上的运动进行准直。在板的两端设置标志,当红外传感器检测到标志时通知MCU控制小车停下,执行下一步预设动作。系统模块框图如图 1所示
方案论证与比较
角度测量方案论证与选择
方案一:使用铅垂线+光折断器。使用3个光折断器来检测,假设车启动前铅垂线是在中间的光折断器上,如果不考虑铅垂线的单摆运动,我们可以认为中间的光折断器被折断时,车处于平衡位置。
但是由于使用的铅垂线会做单摆运动,我们可以认为当铅垂线两侧摆幅一致时达到平衡,通过测量单摆左右摆的时间来分析单摆中心的偏移角度。
方案二:使用数字式双轴倾角传感器ZCT245AL-485。内部集成了角度传感器,A/D转换器,可以输出数字量。具有零点设定,响应频率调整,波特率可选等功能。采用金属壳封装,抗震动性能好。频率响应2-15HZ可调。测量范围为正负45度,。
方案选择: 方案一算法复杂且精度较低,难以实现功能;方案二直接处理数字信号,系统稳定性好,易于实现,所以最终决定选用方案二。
驱动模块方案论证与选择
方案一:采用直流减速电机,直流减速电机具有良好调速性能。另外直流电动机过载能力强,制动转矩较大。可采用PWM调速。但是直流电机的精确控制困难,开环控制误差很大,通常需要借助速度传感器组成闭环控制系统。
方案二:采用步进电机