跷跷板小车cdio报告解读11040

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1、 CDIO 二级项目报告书 控制系统设计（2015/2016 学年第一学期）题 目 跷跷板平衡小车 学 院 机 电 工 程 学 院 班 级 组 长 项目组成员 2016 年 1 月 一、控制系统总体方案设计 1.系统总体设计 根据题目的基本要求，设计任务主要完成电动车在规定时间内按规定路径稳定行驶，并能具有保持平衡功能，同时对行程中的有关数据进行处理显示。为完成相应功能，系统可以划分为以下几个基本模块：电动机驱动模块、寻迹线探测模块、平衡状态检测模块、信息显示模块。系统框图如图一所示：系统框图 单片机按一定的控制算法对采集的数据进行处理，得到控制量产生 PWM 波，通过驱动电路实现小车的控制，

2、使跷跷板平衡。二，控制元器件选型 （1）核心控制模块的选择 方案一：采用 ATMEL 公司的 AT89C51。51 单片机价格便宜，应用广泛，控制简单，能够满足本系统的设计要求与精度，其性价比高。方案二：采用凌阳公司的 SPCE061A 单片机作为控制器的方案。该单片机 I/O 资源丰富，并集成了语音功能。芯片内置 JTAG 电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度。根据本题的要求，以及性价比我们选择第一种方案。（2）电机模块 方案一：采用单片机 PWM 波控制直流减速电机。这种方法的优点在于，能够对电机转速的上升与下降进行平滑调节，保证调节过程本身对跷跷板的影响最低，其价格便宜，

3、应用广泛，性价比高。方案二：用单片机控制步进电机。由于步进电机是采用脉冲驱动，调速反应 慢，不易于控制小车的行驶，价格相对直流电机比较贵。根据本题的要求，以及性价比我们选择第一种方案。（3）平衡检测模块 角度检测模块也是系统的重要组成部分，我们需要利用角度传感器来测量跷跷板水平方向倾角，当倾角在某个范围之内的时候即可认为跷跷板达到平衡状态。目前市场上适合的传感器主要有以下两种。方案一：采用深圳市华夏磁电子技术开发有限公司的 AME-B001 角度传感器，0 360 度测量范围，但是安装非常不方便，而且电压输出信号，采集不便。方案二：采用上海朗尚科贸有限公司的单轴低价倾角传感器 SCA60C,测

4、量范围90 到+90 度，单极 5V 供电，电压输出，工作范围宽。价格便宜，安装方便，采集简单，方便。根据本题的要求，以及性价比我们选择第二种方案。（4）寻迹模块 方案一：通过光电开关来实现，它测量距离较远。但是其体积大、成本高、安装起来比较麻烦。方案二：通过红外对管来实现，它测量距离近，但反应灵敏、准确。相比光电传感器而言,其体积较小,价格低,安装较容易。考虑到性价比和简单易行的策略,我们选择方案二。（5）电源模块 方案一：所有器件采用单一电源(5 节五号电池)。这样供电比较简单，但是由于电动机启动瞬间电流很大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，严重时可能会造成单片机系统掉电，使之不能完成预定行

5、程。方案二：双电源供电。电动机驱动电源采用 5 节五号电池，单片机及其外围电路电源采用 5V 钮扣电池供电，两路电源完全分开，这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。我们认为本设计的稳定可靠性更为重要，故拟采用方案二。三、控制系统模型 四、系统调试结果（仿真曲线或其它形式的成果演示的照片等）在多次尝试之下，能够勉强找到平衡点，完成停止动作，但具有一点的偶然性。五、设计总结 经过为期一学期的设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。在这学期中，我们遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这学期的设计，我们不但增强了实践能力和协作精神，

6、而且懂得了联系实际的重要性，这对我们以后的学习和工作不无裨益。当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。附录 1：电路图 AD 模块 倾角传感器模块 循迹传感器模块 电源供电系统 电动机驱动模块 单片机最小系统 附录 2：程序流程图 附录 3：程序清单#include /包含 51 单片机头文件，内部有各种寄存器定义#include /包含 HL-1 蓝牙智能小车驱动 IO 口定义等函数 /主函数 void main(void)/P1=0X00;/关电机 /本实验学习的按键启动知识 EA=1;/开总中断 ConfigTimer0(10);/配置

7、T0 定时 10ms before=GetADCValue(0);while(1);while(time=300)time=0;after=GetADCValue(0);change=after-before;before=after;if(change=-2&change=2)if(before131)b=8;back();if(before=127&before=131)stop();if(change3)b=change/10+6;back();#ifndef _LED_H_#define _LED_H_ unsigned char val;int b;int flag;int chan

8、ge;int after;int before;/定义小车驱动模块输入 IO 口 sbit IN1=P12;sbit IN2=P13;sbit IN3=P16;sbit IN4=P17;sbit EN1=P14;sbit EN2=P15;sbit P1_0=0 x90;sbit P1_1=0 x91;sbit P1_2=0 x92;sbit P1_3=0 x93;sbit P1_4=0 x94;sbit P1_5=0 x95;sbit P1_6=0 x96;sbit P1_7=0 x97;sbit P2_6=0 xA6;sbit P2_7=0 xA7;sbit P3_0=0 xB0;sbit

9、P3_1=0 xB1;sbit P3_2=0 xB2;sbit P3_3=0 xB3;sbit P3_4=0 xB4;sbit P3_5=0 xB5;sbit P3_6=0 xB6;sbit P3_7=0 xB7;/*蜂鸣器接线定义*/sbit BUZZ=P23;#define Left_1_led P3_3 /左传感器#define Right_1_led P3_2 /右传感器#define Left_2_led P2_6 /左传感器#define Right_2_led P2_7#define Left_moto_pwm P1_5 /PWM 信号端#define Right_moto_pw

10、m P1_4 /PWM 信号端#define Left_moto_go P1_2=0,P1_3=1;/左电机向前走#define Left_moto_back P1_2=1,P1_3=0;/左边电机向后转#define Left_moto_Stop P1_5=0;/左边电机停转#define Right_moto_go P1_6=1,P1_7=0;/右边电机向前走#define Right_moto_back P1_6=0,P1_7=1;/右边电机向后走#define Right_moto_Stop P1_4=0;/右边电机停转 unsigned char GetADCValue(unsign

11、ed char chn);extern void I2CStart();extern void I2CStop();extern unsigned char I2CReadACK();extern unsigned char I2CReadNAK();extern bit I2CWrite(unsigned char dat);unsigned char pwm_val_left =0;/变量定义 unsigned char push_val_left=0;/左电机占空比 N/20 unsigned char pwm_val_right=0;unsigned char push_val_rig

12、ht=0;/右电机占空比 N/20 bit Right_moto_stop=1;bit Left_moto_stop=1;unsigned int time=0;unsigned char T0RH=0;/T0 重载值的高字节 unsigned char T0RL=0;/T0 重载值的低字节 void ConfigTimer0(unsigned int ms)unsigned long tmp;/临时变量 tmp=11059200/12;/定时器计数频率 tmp=(tmp*ms)/1000;/计算所需的计数值 tmp=65536-tmp;/计算定时器重载值 tmp=tmp+32;/补偿中断响应

13、延时造成的误差 T0RH=(unsigned char)(tmp8);/定时器重载值拆分为高低字节 T0RL=(unsigned char)tmp;TMOD=0 x01;/配置 T0 为模式 1 TH0=T0RH;/加载 T0 重载值 TL0=T0RL;ET0=1;/使能 T0 中断 TR0=1;/启动 T0 /*/延时函数 void delay(unsigned int k)unsigned int x,y;for(x=0;xk;x+)for(y=0;y2000;y+);/停止函数 void stop(void)push_val_left=0;/速度调节变量 0-20。0 最小，20 最大

14、push_val_right=0;Left_moto_Stop;Right_moto_Stop ;void goback(void)push_val_left=b-3;/速度调节变量 0-20。0 最小，20 最大 push_val_right=b-3;Left_moto_back;/左电机往前走 Right_moto_back;/右电机往前走 /左后转 void leftback(void)push_val_left=0;push_val_right=b-3;Right_moto_back;/右电机往前走 Left_moto_Stop;/左电机停止/右后转 void rightback(vo

15、id)push_val_left=b-3;push_val_right=0;Left_moto_back ;/左电机往前走 Right_moto_Stop ;/右电机往前走 /*/后速后退 /前速前进 void run(void)push_val_left=b;/速度调节变量 0-20。0 最小，20 最大 push_val_right=b;Left_moto_go;/左电机往前走 Right_moto_go;/右电机往前走 /左前转 void leftrun(void)push_val_left=0;push_val_right=b;Right_moto_go;/右电机往前走 Left_mo

16、to_Stop;/左电机停止 /右前转 void rightrun(void)push_val_left=b;push_val_right=0;Left_moto_go ;/左电机往前走 Right_moto_Stop ;/右电机往前走 /后退函数 void back(void)if(Left_2_led=0&Right_2_led=0)goback();/调用前进函数 delay(10);if(Right_2_led=1&Left_2_led=0)/右边检测到黑线 rightback();/调用小车右转 函数 delay(10);if(Left_2_led=1&Right_2_led=0)/

17、左边检测到黑线 leftback();/调用小车左转 函数 delay(10);void xunji(void)if(Left_1_led=0&Right_1_led=0)run();/调用前进函数 delay(10);if(Left_1_led=1&Right_1_led=0)/左边检测到黑线 leftrun();delay(10);/调用小车左转 函数 if(Right_1_led=1&Left_1_led=0)/右边检测到黑线 rightrun();/调用小车右转 函数 delay(10);/*/获取 ADC 通道的转换值 unsigned char GetADCValue(unsign

18、ed char chn)I2CStart();if(!I2CWrite(0 x481)I2CStop();return 0;I2CWrite(0 x40|chn);I2CStart();I2CWrite(0 x481|0 x01);I2CReadACK();val=I2CReadNAK();I2CStop();return val;/*/*PWM调 制 电 机 转 速 */*/*左 电 机 调 速 */*调节 push_val_left 的值改变电机转速,占空比 */void pwm_out_left_moto(void)if(Left_moto_stop)if(pwm_val_left=20

19、)pwm_val_left=0;else Left_moto_pwm=0;/*/*右 电 机 调 速 */void pwm_out_right_moto(void)if(Right_moto_stop)if(pwm_val_right=20)pwm_val_right=0;else Right_moto_pwm=0;/*/*TIMER0 中断服务子函数产生 PWM 信号*/void timer0()interrupt 1 using 2 TH0=0XFc;/1Ms 定时 TL0=0X18;time+;pwm_val_left+;pwm_val_right+;pwm_out_left_moto(

20、);pwm_out_right_moto();/*/#endif#include#include#define I2CDelay()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit I2C_SCL=P37;sbit I2C_SDA=P36;/*产生总线起始信号*/void I2CStart()I2C_SDA=1;/首先确保 SDA、SCL 都是高电平 I2C_SCL=1;I2CDelay();I2C_SDA=0;/先拉低 SDA I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL /*产生总线停止信号*/void I2CStop()I2C_SCL=0;/首先确保

21、 SDA、SCL 都是低电平 I2C_SDA=0;I2CDelay();I2C_SCL=1;/先拉高 SCL I2CDelay();I2C_SDA=1;/再拉高 SDA I2CDelay();/*I2C 总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值*/bit I2CWrite(unsigned char dat)bit ack;/用于暂存应答位的值 unsigned char mask;/用于探测字节内某一位值的掩码变量 for(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行 if(mask&dat)=0)/该位的值输出到 SDA 上 I2C_SDA=0;

22、else I2C_SDA=1;I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCL I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，完成一个位周期 I2C_SDA=1;/8 位数据发送完后，主机释放 SDA，以检测从机应答 I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCL ack=I2C_SDA;/读取此时的 SDA 值，即为从机的应答值 I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成应答位，并保持住总线 return(ack);/应答值取反以符合通常的逻辑：/0=不存在或忙或写入失败，1=存在且空闲或写入成功 /*I2C 总线读操作，并发送非应答信号

23、，返回值-读到的字节*/unsigned char I2CReadNAK()unsigned char mask;unsigned char dat;I2C_SDA=1;/首先确保主机释放 SDA for(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行 I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCL if(I2C_SDA=0)/读取 SDA 的值 dat&=mask;/为 0 时，dat 中对应位清零 else dat|=mask;/为 1 时，dat 中对应位置 1 I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，以使从机发送出下一位 I2C

24、_SDA=1;/8 位数据发送完后，拉高 SDA，发送非应答信号 I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCL I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成非应答位，并保持住总线 return dat;/*I2C 总线读操作，并发送应答信号，返回值-读到的字节*/unsigned char I2CReadACK()unsigned char mask;unsigned char dat;I2C_SDA=1;/首先确保主机释放 SDA for(mask=0 x80;mask!=0;mask=1)/从高位到低位依次进行 I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉

25、高 SCL if(I2C_SDA=0)/读取 SDA 的值 dat&=mask;/为 0 时，dat 中对应位清零 else dat|=mask;/为 1 时，dat 中对应位置 1 I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL，以使从机发送出下一位 I2C_SDA=0;/8 位数据发送完后，拉低 SDA，发送应答信号 I2CDelay();I2C_SCL=1;/拉高 SCL I2CDelay();I2C_SCL=0;/再拉低 SCL 完成应答位，并保持住总线 return dat;/*-INTRINS.H Intrinsic functions for C51.Copyrigh

26、t(c)1988-2004 Keil Elektronik GmbH and Keil Software,Inc.All rights reserved.-*/#ifndef _INTRINS_H_#define _INTRINS_H_ extern void _nop_ (void);extern bit _testbit_(bit);extern unsigned char _cror_ (unsigned char,unsigned char);extern unsigned int _iror_ (unsigned int,unsigned char);extern unsigned

27、long _lror_ (unsigned long,unsigned char);extern unsigned char _crol_ (unsigned char,unsigned char);extern unsigned int _irol_ (unsigned int,unsigned char);extern unsigned long _lrol_ (unsigned long,unsigned char);extern unsigned char _chkfloat_(float);extern void _push_ (unsigned char _sfr);extern

28、void _pop_ (unsigned char _sfr);#endif 读书的好处 1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。达尔文 5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿 7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。10、一日无书，百事荒废。陈寿 11、书是人类进步的阶梯。12、一日不读口生，一日不写手生。13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。高尔基 14、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游 15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈歌德 16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。笛卡儿 17、学习永远不晚。高尔基 18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。刘向 19、学而不思则惘，思而不学则殆。孔子 20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。培根