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1、2012 年吉林省大学生电子设计竞赛试题乒乓球升降高度自动控制装置（G 题）技术报告摘摘 要要乒乓球升降高度自动控制装置是通过控制电机的转速来实现调整乒乓球高度的变化，在实际的控制中发现：乒乓球在重量不变的情况下在任一点稳定长时间悬停电机的转速不变；当上升时电机的转速大于稳定点长时间悬停电机的转速，转速越快上升越快；当下降时电机的转速小于稳定点长时间悬停电机的转速，转速越慢下降越快。通过上诉分析进行了下面的硬件设计的选择和软件的设计。关键词关键词： 乒乓球 高度 控制11.系统总体框架系统总体框架整个系统分为系统模块、无线传输模块、测距模块、声光报警模块、液晶显示模块。乒乓球升降高度自动控制装
2、置是通过控制电机的转速来实现调整乒乓球高度的变化，在实际的控制中发现：乒乓球在重量不变的情况下在任一点稳定长时间悬停电机的转速不变；当上升时电机的转速大于稳定点长时间悬停电机的转速，转速越快上升越快；当下降时电机的转速小于稳定点长时间悬停电机的转速，转速越慢下降越快。通过上诉分析进行了下面的硬件设计的选择和软件的设计。2.2.硬件设计及其方案的选择硬件设计及其方案的选择2.1 主芯片选用方案一：采用 AT89s52 单片机。AT89s52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，低价 AT89s52 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。方案二：采用飞思
3、卡尔 MC9S12XS128MAA 单片机。MC9S12XS128MAA 是 16 位低功耗微控制器，内涵 pwm 调速接口，AD 转换接口，方便程序编写。方案三：at89s52 和 MC9S12XS128MAA 联合使用。可以结合两种单片机的优点进行程序编写。通过通过比较选择方案三。2.2 高度检测装置的设计方案一：用超声波来检测。超声波测距的优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用；方案二：用激光来检测。激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制做的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量；方案三：用红外来检测。红外测
4、距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。通过比较选择方案一，用超声波来检测。2.3 电机驱动装置方案一：采用 L298N 进行驱动。L298N 可以接至 12v，L298N 有过电流保护功能，当出现电机卡死时，可以保护电路和电机等。方案二：采用 uln2003 进行驱动。ULN2003 接 5V 电压，可控性低。通过比较选择方案一，采用 L298N 进行驱动。2.4 显示系统方案2方案一：采用 LED 数码管显示器。LED 数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多，显示信息量较小。方案二：液晶显示器，液晶显示器有明显的优点：微功耗、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉
5、舒适，使整个控制系统更加人性化。通过比较选择方案二。2.5 无线传输模块方案一：采用 ptr8000 来进行数据通信。Ptr8000 可以实现半双工通信，传输信号稳定，信息误码率低。方案二：采用红外来进行数据通信。红外数据传输误码率比较高。通过比较选择方案一。硬件电路图详见附表 1，附表 2。3.3.软件设计软件设计系统软件采用 C 语言开发，在 kile 环境下调试并实现功能。主程序流程如下所示，进入主程序并初始化后，判断拨码开关键值后执行相应的程序。软件程序设计采用模块化的结构，便于分析和实现功能。图 1 A 机流程图 图 2 B 机流程图4.4. 系统实测系统实测在系统各部分硬件搭建完毕
6、，软件调试结束后，我们对系统进行了实际测程序初始化键值判定设定程序PTR8000 发送数 据N.Y开始开始程序初始化PTR8000 接收数据PWM 调 速超声波测距3试。数据表格分别如表 1表 2 所示。表 1. 小球行进 20cm 的高度（单位：厘米）第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次均值甲球202020201920202120乙球202019202019212120表 2. 小球行进 30cm 的高度（单位：厘米）第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次均值甲球303030302930303130乙球3030293031293130305.5.结论结论本设计由我们三名
7、同学，在四天紧张的时间完成，由于时间有限，本设计还存在很多不足，程序的算法还有待优化。赛后我们会继续完善，希望评委专家给出合理化意见，方便我们完善设计。在此感谢评委专家，你们辛苦了！4附表附表 1 1图 3 L298N 原理图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Sep-2012 Sheet of File:C:Documents and SettingsAdministratorLocal SettingsTempKuaiZ ipKuaiZ ipd43ebf29估估估估估估估估估估估.ddbDrawn By:EA/VP31X11
8、9X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD1089S52Y1C1130pC12 30pP30/RXD P31/T XDR2 1k VCC+C522ufR30.2kRSTVCC1 24 3KEYR410kVCCP3412 43RESETP2512POWER-IN5VP00 P01 P02 P03
9、P04 P05 P06 P07P20 P21 P22 P23C2 0.1ufC3 0.1ufVCC3.3VCC3- 主主主主5-主主6-主主主主P27P26P24P35 P34P37 P36LE D1 R01KIN5819+C110uf+C4100ufVin1GND2Vout3ASM1117-3.3GND12 34 56 78 910ISPP1.0VCC3.3P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5 GNDGNDP1.6P1.7P3.2P3.31 2 3 4 5 6 7 8P11 2 3 4 5 6 7 8P01 2 3 4 5 6 7 8P21 2 3 4 5 6 7 8P3P01 P02
10、P03 P04 P05 P06P00P07P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27P30/RXD P31/T XD P3.2 P3.3 P34 P35 P36 P37P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.71 2 3 4 5USB-TT L P31/T XD P30/RXD GND5VINP1.5RST P1.7 P1.6VCCGNDGNDGND GNDP3.3 P3.2R351kLE D2 VCC5VIN12 34 56 78 910 1112 1314RF9055图 4 at89s52 和 ptr8000 原理图附表附表 2 2图 5 飞思卡尔 MC9S12XS128MAA 最小系统6附件附件 3 3序号名称个数备注1MC9S12XS128MAA12At89s5223Ptr800024超声波模块1550cm 有机玻璃管16普通直流电机17其他附件
