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1、 电动车跷跷板电动车跷跷板学 校：滨州学院参赛学生：任鸣宇王志华杨 锋专 业：应用电子技术指导教师：马国利1电动车跷跷板摘要：摘要：本系统采用 AT89S52 作为主控制芯片，再加上黑白传感器、角度传感器等 传感器，完成了规定时间内定点停车、保持平衡，倒车至指定位置、能够沿直 线行进基本的功能。 关键词关键词：AT89S52，黑白传感器，角度传感器，语音指示模块2目录1.1.系统方案系统方案.4.41.11.1 微控制器模块微控制器模块.4.41.21.2 车体设计车体设计.4.41.31.3 电机模块电机模块.5.51.41.4 电机驱动模块电机驱动模块.5.51.51.5 寻迹传感器模块寻
2、迹传感器模块.5.51.61.6 角度传感器模块角度传感器模块.6.61.71.7 电源模块电源模块.6.61.81.8 显示模块显示模块.6.61.91.9 最终方案最终方案.6.62.2.主要硬件电路设计主要硬件电路设计.6.62.12.1 电机驱动电路的设计电机驱动电路的设计.6.62.22.2 黑白线检测电路的设计：黑白线检测电路的设计：.6.62.32.3 角度检测电路的设计：角度检测电路的设计：.7.73.3.软件实现软件实现.7.73.13.1 理论分析理论分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3、. . . . . . . .7 73.23.2 总体流程图总体流程图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 74 4 . .系统理论分析及计算系统理论分析及计算. .8.84.14.1 小车角度的计算小车角度的计算. .8.84.24.2 小车平衡角度的分析小车平衡角度的分析.8.834.34.3 小车从停车小车从停车 5s5s 后到达后到达 B B 点的分析点的分析.8.85 5系统功能测试：系统功能测试：.8.85.15.1 测试方案测试方案.8.85.25.2 测试仪器及设备测试仪
4、器及设备.9.95.35.3 测试结果测试结果.9.95.45.4 测试分析及结论测试分析及结论.10.106.6.结束语结束语.10.1041. 系统方案：系统方案：系统总体设计框图如下图所示系统总体设计框图如下图所示角度传感器黑白传感器电源L298N 电机驱动AT89S52电 机小车运转系统总体框图显示模块1.1 微控制器模块微控制器模块方案：采用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机作为主控制器。AT89S52 是一个 低功耗，高性能的 51 内核的 CMOS 8 位单片机，片内含 8k 空间的可反复擦些 1000 次的 Flash 只读存储器，具有 256 bytes 的随机存取
5、数据存储器（RAM） ， 32 个 IO 口，2 个 16 位可编程定时计数器。且该系列的 51 单片机可以不用烧写 器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。我们自己制作 51 最小系统 板，体积很小，下载程序方便，放在车上不会占用太多的空间。 从方便使用的角度考虑，我们选择了此方案二，采用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机作为主控制器。1.2 车体设计车体设计方案：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱 动，前万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直 流电机进行驱动，后部装一个万向轮。当小车前进时，左右两驱动轮与前万向 轮形成了三点结
6、构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后 两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。对于车架材料的选择，我们铝 合金车架，轻便，美观。5综上考虑，我们选择了此方案 2，自己动手制作一辆电动车。1.3 电机模块电机模块方案：采用直流电机。直流电机运转平稳，精度也有一定的保证，虽然 没有步进电机那样高，但完全可以满足本题目的要求。通过单片机的 PWM 输 出同样可以控制直流电机的旋转速度，实现电动车的速度控制。并且直流电机 相对于步进电机价格经济。 综合性价比和功耗等方面的考虑，我们此选择方案，使用直流电机作为电 动车的驱动电机。1.4 电机驱动模块电机驱动模块方案：采用集成的驱动电
7、路芯片 L298N。L298N 驱动芯片具有体积小， 可靠性安全性高，抗干扰能力强等优点，适合控制智能小车的运动。且有较大 的电流驱动能力，连接方便简单。 综合以上考虑，我们选择此方案，使用 L298 驱动直流电机。1.5 寻迹传感器模块寻迹传感器模块方案：用黑白传感器测量。黑白传感器是专门检测白底黑线或黑底白线的 传感器，黑白线只出现高低电平变化，变化明显，易于区别，且传感器接线简 单，信号稳定，非常适合小车的寻迹。 所以我们选择了择此方案，采用黑白传感器作为寻迹模块。1.6 角度传感器模块角度传感器模块方案：采用 ZCT245AL-485-BUS 双轴倾角传感器。ZCT245AL-485
8、测角 范围在45 度之间，分辨率能达到 0.1 度，可以工作在半双工方式下，能准确 测量小车与平面的夹角，易于单片机控制。选用 MAX485 芯片实行与 51 板通 信，电路简单， 由于跷跷板最大倾角为 5 度左右，角度变化范围较小，因此要求角度传感 器精度高，频率快。总上考虑我们选择此方案采用 ZCT245AL-485-BUS 双轴倾 角传感器。1.7 电源模块电源模块在本系统中，需要用到的电源有单片机的 5V，L298N 芯片的电源 5V 和电 机的电源 7-15V。所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。 方案：采用双电源。为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电 压不会互相影响，
9、要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：用直流电 12v 供 给单片机，后轮电机的电源用 5V 供电，这样有助于消除电机干扰，提高系统 的稳定性。 基于以上分析，我们选择了此方案，采用双电源供电。1.8 显示模块显示模块方案：采用带字库的 LCD 显示。LCD 可以用全中文界面显示，显示内容 丰富，易于人机交流，且可以串行接口，节省 I/O 资源，显示简单。6考虑到本题的要求，只需要一片 LCD 就可以实现，故我们选择此方案。1.9 最终方案最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案： 1 采用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机作为主控制器。 2 电机采用直流减速电机。 3 采用专用
10、芯片 L298N 作为电机驱动芯片。 4 采用黑白传感器作为寻迹模块。 5 采用 ZCT245AL-485-BUS 双轴倾角传感器。 6 采用双电源供电。 7 采用 12864 液晶显示行进中的倾角。2 主要硬件电路设计主要硬件电路设计2.1 电机驱动电路的设计及电路图电机驱动电路的设计及电路图L298N 驱动直流电机，它靠两个引脚控制一个电机的运动。智能寻迹小车 采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子 的转速或正反转来达到控制小车转向的目的。 芯片引脚和功能如图 1，驱动电路如图 2。 EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）电机运行情况 HHL正转 HLH反转 H同 IN2（IN4）同 IN2（IN4）快速停止LXX停止 图 1 L298N 的引脚和功能图 2 驱动电路图2.2 黑白线检测电路的设计：黑白线检测电路的设计：通过光电检测器来实现黑白线的监测，当检测到黑线时输出端为低电平， 白线时为高电平。两个 TCRT5000 来实现小车走直线。输出端要
