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1、电子设计大赛论文电子设计大赛论文本文由 cedar 雪贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。吉林省电子设计大赛D 组 运动木棒长度计量装置目录 一方案设计 11.1 基本要求 2 1.2 方案选择 2 13 具体方案设计 2 1.3.1 主控单元 2 1.3.2 显示单元 3 1.3.3 检测单元 3 1.3.4 按键控制单元 3 1.3.5 算法 3 1.3.6 加速度矫正 4 1.3.7 流程图 3二调试过程及测试分析 62.1 调试仪器仪表 6 2.2 调试及分析 6 2.21 实验数据 6 2.21 误差分析 6 三原理图 71
2、一方案设计1.1 基本要求 （1） 具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的显示功能。 （2） 具有运动木棒单个长度、个数、累计长度的语音播报。 （3） 长度测量误差1cm。 1.2 方案选择 根据本次电子设计大赛的题目要求，需要进行长度的测量、累计长度以及木 棒个数的计算，具有语音播报功能，数据回放功能，因此我们用 SPCE061A 作为 处理器。 求木棒的长度， 我们必须已知至少一个已知量， 一个变量， 我们有两种方案： 方案一 物体在一定的外力作用下，物体做匀变速直线运动，我们用轨道保 持其直线运动，可以假设在一次测量中加速度不变，手动弹出木棒，可以利用时 基中断检测时间，利用光电传感器检
3、测木棒，并记录相应的时间，测量每个传感 器之间的距离，可以计算出木棒的长度。 方案二 利用传送带带动木棒在滑槽中匀速运行，光电传感器检测木棒，槽 形光电传感器进行数据的闭环采集，进而进行系统的闭环控制。 题目对运动棒的长度测量要求较易，根据题目的要求。可将整个测量过程分 为四个阶段。 对比两种方案我们应该选择硬件部分简单，并且性能可靠的方案，因此，我 们选择方案一，原因如下： （1）方案一硬件连接较为简单，不需要复杂的导线的连接，利于操作。 （2）在方案二中，需要驱动电机、传送带带动木棒运动，而方案一中，不 需要传动装置，节省实验经费。 （3） 相对于方案一而言，方案二稳定性较高，但是计算复杂
4、，容易出现不 可调节误差，方案一相对比较稳定，计算简单，容易实现。 具体方案实现 13 具体方案实现 手动弹出木棒，利用光电传感器检测木棒的位置，并记录相应的时间，测量 每个传感器之间的距离，可以计算出木棒的长度。1.3.1 主控单元 本次电子设计大赛用的是一种基于凌阳单片机为核心的木棒测测量系统的 设计，主控芯片主控芯片采用凌阳 SPCE061A 单片机。SPCE061A 是 16 位单片机， 处理速度快，自身带有 32K 的闪存，可以进行语音播放。21.3.2 1.3.2 显示单元 本次电子设计大赛选择的是液晶显示器，它是带中文字库的 128X64 是一种 具有 4 位/8 位并行、2 线
5、或 3 线串行多种接口方式，与数码管相比较，具有现实 生动，画面清晰的特点。 1.3.3 1.3.3 检测单元 检测木棒采用红外光电对管二极管，原边二极管发射管束，副边二极管接受 光束，当传感器接收到触发信号时，检测到木棒的位置。 1.3.4 1.3.4 按键控制单元 设置五个按键用来优化硬件系统的功能，我们可以用按键控制声音的播放、 停止，数据的保存、回放、擦除功能。 1.3.5 1.3.5 算法木棒0 S1t2t3S1由物理学公式可知 S=tv 0 +0.5at 2 由此可得：S 1 =t 2 v 0 1 at 2 2 ; 2 1 at 3 2 ; 2(1) (2)2S 1 =t 3 v
6、0 由 (1) 得： v 0 =s1 1 + at 2 t2 22S 1 -带入 (2) 中，得出：s 1t 3 1 = a t 3 ( t 2 - t 3 ) t2 2化简得：a=2s 1 (t 3 ? 2 t 2 ) t 2 t 3 t 3 ? t 22()3所以求出：v0=S1 S1 (2 t 2 ? t 3 ) + t2 t 3 (t 3 ? t 2 )木棒长度 L=v 0 t-1 2 at ,此处的时间 t 的取值为木棒进入第一个传感器到木 2棒的尾部离开传感器的时间差，将 v 0 和 a 带入，解得：S t t ? 2t 2 ? t 3t + 2t 2 t L= 1 3 t 2 t
7、 3 (t 3 ? t 2 )2 2()在这个装置中，利用时基中断计数，每进一次中断，计数一次，把这这组数 记为时间，由此我们可以计算出 t 2 、t 3 以及 t；另外我们可以用直尺测量出每 个传感器之间的距离，在系统的计算中，涉及到的数据中只有 t 、t 3 以及 t 是 变量，可以计算出木棒的长度。 1.3.6 加速度矫正木棒0 S1t2t3t4S1S1增加一个光电传感器，检测加速度是否变化 根据（1） （2）可得： S 1 =t 2 v 0 1 a 1 t 2 2 ; 2 1 a 1 t 4 22(3)(4)3S 1 =tv 0 由 (3) 得： v 0 =s1 1 + a 1 t 2
8、 t2 2s1t 4 1 = a 1 t 4( t 4- t 2 ) t2 2带入 (4) 中，得出： 3S 1 -化简得：a1 =3s 1 (t 4 ? 2 t 2 ) t 2t 4 (t 4 ? t 2 )求得 a 1 ,将 a 与 a 1 作比较，若 a= a 1 , a =a;若 aa 1 ， a =（a+ a1 ）/2。41.3.7 1.3.7 流程图开始是否检测到木 棒NY记录时间是否检测到木 棒NY显示按键播报选择NY语音播报N是否按下停止 播放按键Y 停止播放5二调试过程及测试分析2.1 调试仪器仪表 测量工具：丁字尺，游标卡尺，秒表 丁字尺作用：用传感器检测木棒的位置时，为了
9、精确的检测到木棒，我们尽 量使传感器接受端、发射端在同一直线上，使用丁字尺固定在板材一边，保证他 们在一条直线上。 游标卡尺：测量木棒的长度。秒表：粗略的计量木棒通过滑槽的时间。 2.2 调试及分析 测量：使用游标卡尺准确的测出木棒的长度，并将木棒至于检测装置上，用 长度计量装置反复测量，及时找出误差，反复校准。 实验结果：经过反复多次的校准，调整，达到了设计题目的基本要求，并且 测量精度在此之上，每次误差不大于 0.2cm。 2.21 实验数据以下数据为长度 15cm 的木棒的测量值14.88 15.12 14.95 14.85 2.21 误差分析15.09 14.89 14.57 14.7
10、814.88 15.09 14.95 14.6714.64 14.68 15.23 14.8314.89 14.93 14.90 14.78在这个系统中，因为木棒在轨道上的时间短，初始速度较快，所以我们吧木 棒的运动近似的认为是匀变速直线运动，事实上，轨道的表面光滑度是不同的， 摩擦力不同，加速度不同，产生误差。 传感器接受的光束位置的不同造成的误差：光是散射的，不能非常准确的确 定木棒的位置。 软件在计算的过程中产生的误差，在计算加速度的时候， 例如： a=2s 1 (t 3 ? 2 t 2 ) t 2 t 3 t 3 ? t 22() 单片机在计算时，a 的取值是很小，计算时 SPCE06
11、1A 把其认为 0 ，造成计算误差。64 GND GAIN GAIN VOUT LM386M-1 104 10000pF 10 1K ININ+ C1 2 3 BYPASS 7 DAC1 VS 8 1 C3 5 C2 100pF 503VCC 6Vssosco1Y1+5V 2 32768HZ 10000pF 20pFosci20pFVssVCC VCC Vss LM339AD R3 0.2K R6 10K osco 1 osci2 3 4 5 6 10000pF 7 8 9 10 11 12 DAC1 13 14 15 16 17 18 19 20 VCC J8 R3 0.2K R6 10K
12、10000pF 1 10uF Vssa 12 LM339AD VCC R4 0.2K VCC R7 10K 10000pF 100pF/16vIOB1VCC21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40MICP VADREF VEXTREF AVDD VMIC NC VSS IOA7 IOA6 IOA5 IOA4 IOA3 IOA2 IOA1 IOA0 VSSIO VSSIO VDDIO VDDIO IOA8X32O X32I TEST NC VDD NC ICE ICECLK ICESDA VSS PVIN DAC1 D
13、AC2 V2VREF AVSS AGC OPI MICOUT MICN PFUSESPCE061A-LQFP80NC IOB11 IOB12 IOB13 IOB14 IOB15 SLEEP NC VSSIO NC NC IOA15 IOA14 IOA13 IOA12 IOA11 IOA10 IOA9 NC NC60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41VCC1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 VSS (VCP)VCOIN (VDDP)VDD NC RES
14、ET IOB0 IOB1 IOB2 IOB3 IOB4 IOB5 IOB6 IOB7 IOB8 IOB9 IOB10 VDDIO NC NC NC 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61vss vcc v0 rs r/w e DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 PSB NC /RESET VOUT A KFyd128640402b0123 LM339AD VCC4三原理图R5 0.2KR8 10KVCC10000pF Vssp 3300pF cp Vss10000pFLM339AD3.3K 10000pF71
