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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

本系统设计是以角度传感器和单片机最小系统为核心。用角度传感器来采集数据，通过A/D模块将采集的模拟量转化为数字量，由单片机控制步进电机来调整平板在单摆摆动过程中得角度，保证硬币不掉。信号采集是MMA7260 三轴加速度传感器，该传感器采用了信号调整、单级低通滤波器和温度补偿技术，提供四个灵敏度的选择。信号采集后由单片机进行监控，1602液晶显示器完成相关电压测量参数的显示功能，并通过步进电机来事实调控平板的角度，最终实现单摆硬币不掉功能。

关键字：角度传感器，A/D转换，电机驱动

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一、方案设计

1.1 理论分析

根据题目要求，要实现自由摆的平衡控制，必须要解决平板在摆动过程中角度的实时调动，经过讨论设计大致框图如下： 采集单摆信号 角度传感器 机械单摆 程序 控制 A/D转换模块 单片机最小系统 电机驱动

1.2设计方案的分析

1.2.1传感器芯片的选择

方案一：单摆在摆动过程中要通过传感器来收集角度变化信号，选择角度传感器MPP2882芯片，该芯片轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。但是，单摆在摆动时偏角范围在0~60度，此芯片的计数间隔太大不能满足平板的实时转动。

方案二：传感器芯片MMA7260是一种低功耗，低压运行，高灵敏度的三轴加速度传感器，单摆在摆动时只需要芯片检测X、Y轴方向上得加速度。可以通过G1、G2引脚电平的控制来选择该芯片的灵敏度。MMA7260在不同状态下X、Y根据角度的不同输出电压值。芯片设计稳定，防震能力强，环保封装，价格低廉。

通过以上分析，决定使用方案二。MMA7260在随着单摆摆动时，根据不同的方向变化来输出不同的电压，输出电压由A/D0804把采集到的模拟量转化为数字量，通过函数关系来确定电压来控制步进电机的转动。

1.2.2电机的选择

方案一：最初我们选用电机型号为28BYJ—48 5VDC 步进电机，该电机的减速比为1/64，步距角为5.625度/64，四相八拍的驱动方式。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。但该电机的功率较小无法完成在一个周期内转动360度，因此放弃。

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