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2011年全国大学生电子设计竞赛

基于自由摆的平板控制系统（【本科 组】

2011年9月3日

B题）

摘 要

采用ATmage16 avr单片机作为主控芯片的基于自由摆的平板控制系统。利用高精度的电位器和单片机的片内模数转换器测量自由摆的摆动角度。ULN2003N达林顿阵列驱动，1/16倍速的减速步进电机控制平板的转动。能够实现根据摆杆角度平板转动相应角度、摆杆摆动一周期平板转动一圈、控制平板使得摆杆摆动时平板上的硬币不滑落、平板上的激光笔在摆杆摆动一定角度后照射到靶子中心线等要求。

关键词：自由摆

单片机 减速步进电机

I

AVR 电位器

目录

1系统方案 ........................................................ 1 1.1 中央处理器的论证与选择 ........................................ 1 1.2 电机驱动模块的论证与选择 ...................................... 1 1.3 摆杆角度测量模块的论证与选择 .................................. 2 2系统理论分析与计算 ............................................... 2 2.1 系统理论的分析 ................................................ 2 2.1.1 摆杆旋转角度的获取 ........................................ 2 2.1.2 平板旋转角度的控制 ........................................ 3 2.1.3 步进电机转动控制 .......................................... 4 2.2 摆杆斜角度的计算 .............................................. 4 2.3步进电机的计算 ................................................ 4 2.3.1 摆杆摆动三周电机的转动 .................................... 4 2.3.2摆动摆杆通过电机控制平板使硬币不从平板上掉落............... 4 2.3.3摆杆固定时控制激光笔....................................... 4 2.3.4摆杆摆动时电机控制激光笔................................... 4 3电路与程序设计 ................................................... 5 3.1电路的设计 .................................................... 5 3.1.1系统总体框图............................................... 5 3.1.2 摆杆角度检测子系统框图与电路原理图 ........................ 5 3.1.3步进电机驱动子系统电路原理图............................... 6 3.1.4电源....................................................... 6 3.2程序的设计 .................................................... 7 3.2.1程序功能描述与设计思路..................................... 7 3.2.2程序流程图................................................. 7 4测试方案与测试结果 ............................................... 9 4.1测试方案 ...................................................... 9 4.2 测试方式与仪器 ................................................ 9 4.3 测试结果及分析 ................................................ 9 4.3.1测试结果(数据)............................................. 9 4.3.2测试分析与结论............................................ 10 附录1：电路原理图 ................................................ 11 附录2：完整测试数据 .............................................. 12 附录3：源程序.................................................... 13

II