承载平台平衡调整系统报告

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1、承载平台平衡调整系统报告摘要:本设计利用两片单片机AT89S52作为控制核心，单片机2控制4台步进电机转动，进而控制伸缩杆来调节承载平台的倾斜角度。倾斜角度由角度传感器测得的电压经角度公式计算得出，并通过A/D转换送入单片机1；单片机1实时检测平台在长、宽两个方向的倾斜角，并通过液晶显示器显示角度值。平台的倾斜角度可以在0～30度之间任意设置，并能在15秒内回复到平衡状态。而且平台具有最大1kg的承重能力。关键词:平台平衡伸缩杆角度传感器1.方案的论证与选择1.1总体方案的论证与选择方案一：采用各类数字电路组成承载平台平衡调整系统，对各电路进行控制与处理。此方案电

2、路复杂，灵敏度差，效率低，不利于平台倾斜角度的控制。方案二：采用单片机作为控制中心，通过控制步进电机的转动来调整平台的倾斜角度。此系统采用软件来解决硬件电路部分，使整个系统简洁、灵活、稳定，并以最简洁的方式实现题目所要求的各项功能。因此，使用方案二。1.2控制电机的选择方案一：采用步进电机，步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的机电执行元件。控制步进电机的输入脉冲数量，频率及各项绕组的接通顺序，可以得到各种需要的运行特性。尤其与单片机相连，体现了更大的优越性。方案二：采用直流电机，直流电动机具有良好的启动特性和调速特性。由于步进电机的输入脉冲与其转动角度之

3、间具有严格的对应关系，控制精度高，但是直流电机的转速较高，转角测量困难，尤其是针对小功率直流电机，必须加装转速传感器才能较为准确的测量其转速。而且直流电机在断电时存在机械惯性，不利于对平台角度的精确测量。因此，使用方案一。1.3传感器的选择方案一：采用角度传感器信号调理器UZZ9000和磁阻式传感器KMZ41构成的电压输出式角度检测电路。UZZ900与KMZ41连接，能够将磁阻式传感器KMZ41输出地2个有相位差的正弦信号转换成线性电压输出信号。UZZ900的输出电压与角度成线性关系。但是难以控制线性电压的输出，两个输入信号偏移的调整也比较困难。方案二：采用角度传

4、感器MMA7260Q来实现角度测量，此传感器测量简便，精度较高，灵敏度非常好。所以，使用方案二。101.4伸缩杆的选择方案一：采用市面上卖的伸缩杆，长度几米左右，但是不能利用步进电机来控制，所以不能满足实验要求。方案二：采用自己制作的伸缩杆，可以利用电机来控制它的伸缩，以实现载重平台的倾斜，达到实验要求。此方案使用起来比较简便、易行。2．系统结构框图单片机2传感器承重平台步进电机A/D转换显示键盘单片机1图1系统结构框图说明：此设计利用键盘设定倾斜方向和倾斜角度，由单片机控制步进电机的转动来控制伸缩杆的伸缩，从而使得承载平台的倾角发生变化，再利用A/D转换，将角度

5、传感器的输出电压转化成角度值送入单片机，由单片机控制液晶显示器显示平台的倾斜角。3．硬件电路的设计3.1电机驱动电路的设计步进电机使用的驱动芯片为ULN2003A，它是集电极开路输出功率反相器，并且每个输出端都有一个连接到共同端的二极管，为断电后的电机绕组提供一个放电回路，起放电保护作用。步进电机驱动电路如图2所示：10图2电机驱动电路本设计中使用四台步进电机分别控制四根伸缩杆，每台电机由一个驱动电路供电，电源采用自制电源。3.2倾角检测原理倾角检测采用MMA7260Q来实现，MMA7260Q三轴小量程加速传感器是检测物体运动和方向的传感器，它根据物体运动和方向的

6、变化输出相应的电压值。当平台处于水平状态时，其输出电压为1.65V.如果沿着某一方向活动，或者受到重力作用，其输出电压就会根据其运动方向以及设定的灵敏度而改变。用A/D转换器读取此输出信号，就可以检测平台的倾角。其电路图如图3所示。图3传感器电路其引脚功能如下:1：ZZ轴方向电压输出2：YY轴方向电压输出103：XX轴方向电压输出4：S1传感器灵敏度选择信号5：S2传感器灵敏度选择信号6：3.3V输入电压，同时可以接受到单片机A/D参考电压端7：5V电源输入8：GND地9：SL传感器休眠与否选择10：GND地默认S1,S2开关与灵敏度的关系S1S2加速范围（g）灵

7、敏度（mv/g）R1R2正负1.5800R3R2正负2.0600R1R4正负4.0300R3R4正负6.0200此次设计采用灵敏度为800mv/g的默认情况。X,Y,Z轴的输出电压为VOUT，则输出电压与轴的角度关系为即测得的角度为：VOFFSET为无重力作用下的输出电压即1.65V。角度就是X,Y,Z与水平方向的夹角。3.3调平算法其流程图如下：10图4调平流程图原理：开始通过键盘设置角度和转动轴，设置后单片机1会给单片机2一个低电平信号，单片机2根据给定的信号来控制电机的转动。若设置沿长边倾斜，则单片机2会控制支撑平台一边宽的两个伸缩杆上升，另一边宽的两个伸缩

8、杆下降，以