山东建筑大学-电动车跷跷板.doc

### 山东建筑大学-电动车跷跷板设计报告解析 #### 一、项目背景与概述 本项目为参加全国大学生电子设计大赛的作品之一，由山东建筑大学机械工程及自动化专业的三位学生魏志国、王林林和楚水良共同完成，指导教师为张涵、李凡冰和李彦凤。该作品名为“电动车跷跷板”，是一款基于STC89C51单片机的智能控制装置，旨在通过一系列传感器和控制技术使电动小车能够在跷跷板上自动保持平衡。 #### 二、设计方案与实现原理 ##### 2.1 设备组成 - **车架**: 改装后的自购玩具塑料电动车。 - **控制系统**: STC89C51单片机为核心。 - **电源系统**: 包括为整个系统提供电力的电池组。 - **驱动系统**: 由LM298驱动的直流电机。 - **传感器系统**: - 灰度传感器: 用于寻迹。 - 霍尔元件: 用于检测磁铁位置。 - 水银平衡传感器: 用于检测小车是否处于平衡状态。 - **辅助系统**: - 液晶显示器(LCD): 显示小车的状态信息。 - LC95900语音模块: 提供语音报警功能。 - 无线收发模块: 用于远程传输水银平衡传感器的信号至单片机。 ##### 2.2 实现原理 1. **不配重时**: 小车从A端出发，自动寻迹到D点(靠近C点的位置)，在此处检测到磁铁信号后开始减速，接着缓缓移动到C点，并通过水银平衡传感器检测平衡状态。平衡后，语音模块发出提示，随后小车返回B点。 2. **配重时**: 在指定位置放置配重物，小车从地面出发，通过灰度传感器寻迹至A端，然后重复上述过程。 #### 三、系统模块设计与论证 ##### 3.1 电源模块 - **方案1**: 采用6V蓄电池供电。优点在于电流驱动能力强、电压稳定，适合驱动大功率电机。 - **方案2**: 使用4节4.2V可充电锂电池串联供电，经7805转换后为单片机和传感器供电。但实验表明，这种方式无法稳定支持单片机和传感器的工作。 - **方案3**: 4节1.5V可充电干电池为电机供电，另两节锂电池经7805转换为单片机和传感器供电。此方案同样不能保证系统的稳定性。 **最终选择**: 方案1，即6V蓄电池供电，并额外使用干电池为单片机单独供电。 ##### 3.2 控制器模块 - **方案1**: 使用CPLD作为控制器，虽然可以实现复杂逻辑功能，但在本系统中并不必要。 - **方案2**: 采用凌阳公司的16位单片机。虽然性能优越，但由于语音处理会占用大量资源，不适合本项目的需求。 **最终选择**: STC89C51单片机，性价比较高，能够满足项目需求。 #### 四、关键技术点 1. **灰度传感器的应用**: 用于识别白线轨迹，引导小车前行。 2. **霍尔元件的利用**: 通过检测磁铁的位置来控制小车的减速和停止。 3. **水银平衡传感器**: 关键部件，用于实时监测小车是否处于平衡状态。 4. **单片机程序设计**: 编写控制算法，确保小车能够在跷跷板上保持平衡。 5. **无线收发模块**: 实现远程监控，便于调试和调整参数。 #### 五、结论与展望 该项目成功实现了电动车在跷跷板上的自动平衡控制，展示了参赛队伍在硬件设计和软件编程方面的能力。未来可以进一步优化控制系统，提高小车的稳定性和响应速度，同时也可以探索更多应用场景，如机器人技术、自动驾驶等领域的研究与开发。