基于51單片機的電動車蹺蹺板設計

1.引言

本設計為參加電子設計競賽而作，較好地解決了電動車在蹺蹺板上的運行和控制問題，系統結構比較簡單，控制比較準確。

2.系統方案設計、比較與論證

根據題目的基本要求，設計任務主要完成電動車在規定時間內按規定路徑穩定行駛，并能具有保持平衡功能，同時對行程中的有關數據進行處理顯示。為完成相應功能，系統可以劃分為以下幾個基本模塊：電動機驅動模塊、尋跡線探測模塊、平衡狀態檢測模塊、信息顯示模塊。見圖1

圖1 系統框圖

2.1尋跡線探測模塊

探測路面黑色尋跡線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數不同，可根據接受到反射光強弱由傳感器產生高低電平并最終通過單片機判斷是否到達黑線或偏離跑道。

方案一：由可見光發光二極管與光敏二極管組成的發射-接收電路，如圖2所示。該方案成本較低，易于制作，但其缺點在于周圍環境光源會對光敏二極管的工作產生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判;如果采用超高亮發光管和高靈敏度光敏管可以降低一定的干擾，但又將增加額外的功率損耗。

圖2 方案一電路

方案二：自制紅外探頭電路。此種方法簡單，價格便宜，靈敏度可調，但易受到周圍環境影響，特別是較強光照對檢測信號的影響，會造成系統不穩定。再加上時間有限，制作分立電路較繁瑣。

方案三：集成式紅外探頭。可以采用集成斷續式光電開關探測器，它具有集成度高、工作性能可靠的優點，只須調節探頭上的一個旋鈕即可以控制探頭的靈敏度。此種探頭還能有效地防止普通光源(如日光燈等)的干擾。紅外探測器E3F-DS30C4見圖3。

圖3 集成紅外探測頭

基于上述考慮，為了提高系統信號采集檢測的精度，我們采用方案三。

2.2平衡狀態檢測模塊

方案一：斷續式光電開關。在蹺蹺板兩頭的地面上各放置一個，調節靈敏度使其在一定范圍內接收不到反射光產生低電平，從而認為達到平衡狀態，由單片機控制小車運動狀態使蹺蹺板達到動態平衡。然而此方案平衡控制不靈敏，難以調節，還需用導線與單片機傳輸信號，使小車失去獨立性。

方案二：采用角度傳感器。該集成芯片為專用的水平傾角測量芯片，具有體積小、靈敏度高、簡單、可靠等優點，可高度滿足該題對平衡角度的精確要求。

經過以上兩個方案比較，方案二明顯優于方案一，故采用方案二。