基于單片機AT89S52的電動車蹺蹺板設計

摘要：該文通過采用AT89S52作為控制核心，設計了整個電動車蹺蹺板系統。系統的硬件部分主要包括：電機驅動模塊、步進電動機、平衡檢測模塊、光電檢測模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊；軟件部分則采用高效的C語言編寫實現了平衡檢測和校正功能。總體來說，系統的設計符合要求，可以在規定的時間內達到平衡狀態。
關鍵詞：電動車蹺蹺板；AT89S52；平衡檢測；角度傳感器

0 引言
本系統設計要解決的電動車蹺蹺板問題，要求電動車能夠在規定時間內到達蹺蹺板的中心點C處，并保持平衡，隨后電動車到達蹺蹺板的末端B處，停留之后返回始端A處。另外，如果將蹺蹺板重新配重，則要求電動車在規定范圍內駛上蹺蹺板，同時，在規定時間內也能實現平衡，如果再加一塊重物之后蹺蹺板重新達到平衡。

1 系統設計
1．1 總體設計
本系統采用單片機作為控制系統的主模塊，實現系統控制與信號檢測，系統的總體框圖如圖1所示。主要包括單片機模塊、電機驅動模塊、步進電動機、平衡檢測模塊、光電檢測模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊。

系統通過平衡檢測來判斷電動車是否處于平衡狀態，使電動車停留在C處附近，采用光電檢測模塊使電動車行駛至B處停止，采用尋黑線方法使電動車直線前行以及由末端B處能夠直線后退到始端A處。紅外遙控啟動系統，液晶顯示各階段用時以及溫度時間。在配重情況下通過黑線檢測的方法使電動車在規定區域內的任意指定位置順利駛上蹺蹺板。此方案用平衡檢測模塊實現系統平衡，用尋黑線調整車身與蹺蹺板同向，總體設計完全達到題目要求，可行性很高。
1．2 硬件選型
通過比較并結合自身優勢最終選擇AT89S52單片機作為本系統的核心部分。該款單片機與MCS51系列完全兼容，易于開發調試。其片內帶有FLASH存儲器且可在線下載程序，片上各種資源完全能滿足本系統的要求。
本方案中選用普通反射式紅外光電開關來檢測蹺蹺板上黑線。在沒有探測到黑線時，探頭輸出始終保持低電平。當檢測到黑線時，輸出立刻由低電平跳變到高電平。紅外光電開關送來的信號經放大整形后送單片機分析處理，如圖2所示。

為保證小車在蹺蹺板上能嚴格地沿黑線前進和倒退，本方案共采用了前邊8個探頭，后面2個探頭的方案。前邊8個探頭可以保持小車在前進時完全保持車身在板內，高精度的轉向使小車前進時距板邊沿嚴格控制在4 cm以內；考慮到小車后退要求較簡單，經實驗和檢測后邊2個探頭足以使小車保持在板內。
1．3 軟件設計
1．3．1 平衡檢測模塊方案設計
方案一：采用角度傳感器直接測量系統角度的變化，當角度變化不超過所定范圍即認為達到平衡。角度測量精確，靈敏度高，實時性強，構造簡單。
方案二：置一裝有適量水的小水罐于車上，當上坡時水體傾斜，當達到平衡狀態時水體幾乎水平，利用液位傳感器檢測液面高度實現系統平衡。此方案可行，但會增加電動車載重，靈敏度不是很高，要求液體不出現振蕩。
比較兩種方案，方案一具有明顯優點，所以選擇方案一。
1．3．2 驅動電機方案設計
方案一：直流電機，即采用H型PWM驅動電路驅動直流電機，改變電機電壓極性實現正反轉，PWM占空比控制轉速，由于電壓難達到很高的精度，其轉速也達不到本系統的精度。
方案二：步進電機，按照接收脈沖數控制其步數，按照給定步進電機的步序和步數直接控制步進電機的運動，可以提高精確性，適合平衡狀態及位置檢測。
比較兩種方案，選擇方案二。