基于51单片机的智能电动车跷跷板设计报告

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1、摘要赛题“电动车跷跷板”是通过电子系统控制小车按照杠杆原理自动位移使跷跷板获得水平平衡及控制小车启停、转向和行驶速度的机电系统。我们根据电动车跷跷板的设计要求，对整个系统方案进行了研究，通过论证分析确立了较优的设计方案。我们选用玩具坦克车作为车体，该电动车是以C8051f020作为控制及数据处理的核心，用L298N驱动双步进电机，通过传感器检测、控制电动机的方向、快慢、启停，并运用LCD显示屏对小车的行驶时间及状态进行显示。电动车可以在跷跷板上自动寻找平衡点，并具有实时显示电动车行驶时间及平衡位置的功能。在基本功能的基础上我们也对发挥部分进行了设计，让小车在添加配重的情况下也能完成

2、任务。关键词：c8051f020加速传感器步进电机寻迹LCD前言赛题“电动机跷跷板”是通过电子系统控制小车按照一定的路线自动位移行驶，并根据杠杆平衡原理使跷跷板获得水平平衡，以及控制小车启停和行驶速度的机电系统。我们选择玩具坦克作为小车主体，该电动车是以c8051f020单片机为控制核心，用专用芯片L298N对双电机进行驱动，保证了驱动的可靠性和稳定性，安装红外反射对管TCRT5000用以在跷跷板上寻迹前进，通过运用加速传感器帮助小车寻找到平衡位置，另外安装1602LCD液晶显示屏对小车的运动时间等进行显示，供电方面用LM7805对单片机及其他各个模块进行供电。各模块相互配合在软件

3、的调控下使电动车可以在跷跷板上能稳定、精确地寻找平衡点，具有较高爬坡能力和平衡能力，并能够实时显示电动车行驶时间以及平衡位置。一．系统方案设计（1）控制模块方案一：使用传统51系列单片机，传统51单片机价格便宜，控制简单，但是它的运算速度慢，片内资源少，存储器容量小，难以实现复杂的算法。方案二：使用C8051F系列单片机，C8051F单片机使用CIP-51微控制器内核，是标准的混合信号片上系统(SOC)，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件．如电压比较器PAC,ADC,DAC,SPI,SMBus(I2C)，U

4、ART等，特别方便进行数据的实时采集与控制。较51单片机，C8051F单片机无疑是较好的选择。因此我们选择方案二。（2）平衡检测模块方案一：采用水银开关检测跷跷板的平衡点。其内部是由两根导线组合而成，只要当水银流动到导线的的两端即水银把两根导线短接在一起。但当跷跷板平衡时，有可能水银开关还未闭合，可靠性不高。方案二：采用加速传感器和水银开关配合检测跷跷板的平衡点。利用水银开关检测小车是否到达C点，再利用加速传感器进行平衡调节。这种传感器通过感应小车运动时在X、Y、Z三维方向上的加速度，输出相应的电压，具有良好的线性变化。通过读取输出的电压值来控制小车速度，有助于电动车找到平衡点。为

5、了快速、准确地让小车找到平衡点，因此我们选择了方案二。（3）电机驱动模块方案一：采用内部集成H桥式芯片L298驱动电路。方案二：采用分立元件的H桥驱动电路。由于采用内部集成H桥式芯片每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性，所以采用方案一。（4）寻迹模块方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。当发光二极管发出的可见光照射到黑带时，光线被黑带接收，光敏二极管检测到信号，呈现高阻抗，使输出端为低电平。当发光二极管发出的可见光照射到地面时，它发出的可见光反射回来被光敏

6、二极管检测到时，起阻抗迅速降低，此时输出端为高电平。但是由于光敏二极管受环境中可见光影响较大，电路中的电压不太稳定。方案二：利用红线发射管发射红线，红外线二极管进行接收。采用四组红外光敏耦合三极管发射和接收红外信号，外面课见光对接收的信号影响较小。接收的红外信号转化为电压信号经过LM393进行比较，产生高电平或低电平输出，信号返回给C8051F单片机。通过分析比较，此模块我们选择方案二。（5）显示模块方案一：采用数码管显示。数码管具有对外界环境要求低，可视性好，程序编译容易。考虑到数码管体积大，硬件稳定性差，显示的信息量少。方案二：采用液晶显示。液晶显示器具有显示信息丰富、功耗低、

7、体积小、画面效果好、分辨率高等特点，可以满足题目要求。因此采用方案二的显示方案更合适。二．理论分析与计算根据题目要求，我们设计了一个闭环系统能让小车运动并调节跷跷板使其平衡。其闭环结构框图如图1所示图1平衡控制示意图该系统的工作原理是：小车行驶上跷跷板之后，通过加速传感器不断检测，将其输出的电压值（即实际值）与设定的初值进行比较，通过步进电机的前后微移，不断修正，最终使实际值在给定的初值范围内，则跷跷板达到平衡状态。在小车上，我们使用的是100线的金属码盘，小车的直径