2015年電子比賽滾動小球程序

1、摘要小球滾動控制系統(tǒng)是一電機控制系統(tǒng)，小球在長 60cm 的 U 型導(dǎo)軌上按要求靈活滾動或定位。導(dǎo)軌兩端有觸發(fā)機構(gòu)，當小球觸碰時有明顯聲或光指示。以 STC12C5A60S2 單片機作為器件實現(xiàn)對物體運動位置的控制，傳感器實現(xiàn)對滾球位置的確定。采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)控制直流電機驅(qū)動ULN2003 實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)速，啟停等多種工作狀態(tài)進行快速而準確的控制。用紅外光電傳感器實現(xiàn)檢測小球是否處于 U 型導(dǎo)軌兩端。：靈活滾動或定位；脈沖寬度調(diào)制；紅外傳感器；蜂鳴器；直流電機傳感器，角度。AbstractBall rolling control system is a motor control syst

2、em, the ball he long U of the 60cm type guide on the demand for flexiblerolling oritioning. Both ends of the guide rail are providedwitrigger mechanism, and when the ball touches the sound orlight indicator. STC12C5A60S2 microcontroller as the core device toachieve control of the achieves on the bal

3、l modulation technique isition of moving objects, the sensor ition determination. The pulse widthadoptedto control DC motordrive chipthe speed of the operatingULN2003 to realize the fast and DC motor, the starting and stopaccurateof acontrol of variety ofconditions. Using infrared photoelectricsenso

4、r to detect whethertype guide.the ball ishe end of the UKey words: flexible rollingoritioning; pulse widthmodulation; infrared motor.egratedsensor, angle sensor; buzzer; DC1、方案設(shè)定與論證根據(jù)設(shè)計要求，如下系統(tǒng)方塊圖。各個模塊的實現(xiàn)，有如下的方案比較和論證。（1）控制器模塊根據(jù)題目要求，控制器主要用于控制電機，并對坐標參數(shù)進行處理，控制電機移動方于控制器的選擇有以下兩種方案。方案一：采用 AT89C52 作為系統(tǒng)控制的方案

5、。單片機算術(shù)運算功能強，編程靈活，可用編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本運行速度慢、沒有自帶輸出優(yōu)點，各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是 AT89C52 的信號控制精度不高，不能瞞足本設(shè)計要求。方案二，STC12C5A60S2 是一款功能強大，性價比高的單片機。 STC12C5A60S2 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的 1 個時鐘/機械周期(1T)的單片機，工作頻率為 035 MHz，相當于傳統(tǒng) 8051 的 0420 MHz。集成 MAX810復(fù)位電路，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠地運行。集成了可編程計數(shù)器陣列(PCA)模塊，用于輸出時，可輸出 1419 kHz 的信號。常溫下，使用RC 振

6、蕩器作為單片機時鐘信號;使用外部 32MHz 晶振作為時鐘時，頻率最125 kHz。STC12C5A60S2 有 8 路 10 位高速 ADC，90 個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次，電機電機驅(qū)動傳感器聲或光指示觸發(fā)機構(gòu)鍵盤顯示控制器CPU 工作頻率 32 MHz 時，ADC 轉(zhuǎn)換速率約為 356kHz。因此為了快速有效的處理小球位置數(shù)字并控制步進電機實現(xiàn)小球定位，所以本設(shè)計采用 STC12C5A60S2 單片機作為控制。綜合上述兩種方案，方案二計算更迅速，控制效果更精確，可以滿足設(shè)計要求。（2）電機的選擇方案一：采用直流電機。直流電機具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無級調(diào)速）、調(diào)速范圍寬、低速

7、性能好（起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流?。?、運行平穩(wěn)、噪音低、效率高等方面。方案二：采用步進電機。步進電機具有控制簡單、定位精確、無積累誤差運行平穩(wěn)等優(yōu)點。基于上述比較，為了方便對電機進行無級調(diào)速，這里機。采用直流變速電（3）驅(qū)動及調(diào)速方案方案一：采用繼電器對電的開和關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，實現(xiàn)容易；缺點是繼電器的響應(yīng)速度慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、較短。方案二：采用內(nèi)集成有管組成的 H 型的功率變換橋電路的恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動。用單片機輸出信號控制使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，通過程序調(diào)節(jié)占空比精確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下

8、，效率非常高；H 型電路保證了可以簡單實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)?；谏鲜隼碚摲治龊蛯嶋H情況，擬定選擇方案二（4）顯示模塊方案一；使用 1602 液晶顯示屏。1602 液晶顯示具有輕薄短小，低能耗。無輻射以及影像穩(wěn)定不閃爍燈優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，能力強，顯示信息量大等特點。方案二；使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有；低能耗，低損耗，低壓。長，耐老化，防曬防火，防高溫，對外界環(huán)境要求低，易于，操作簡單。數(shù)碼顯示是采用 BCB 編碼顯示數(shù)字和代碼，程序編寫復(fù)雜，但是顯示信息少?；谏鲜龇治?，為了方便同時顯示小球滾動各種參數(shù),本設(shè)

9、計采用 1602 液晶顯示屏做為顯示模塊。（5）小球位置檢測模塊。方案一：對射式傳感器：利用一端發(fā)射光束，另一端接收光束，當它們之間被小球擋住時，接收端接收不到發(fā)射端的信號，從而判斷小球的位置。這種傳感安裝比較麻煩，檢測準確度受安裝位置影響大。方案 二：紅外反射式傳感器：利用自身發(fā)射紅外信號，當小球接近時把紅外信號反射回來，從而判斷小球的位置。這種傳感安裝比較方便，檢測準確度大。通過對比，這次設(shè)計中由于是近距離探測，故采用方案二來完成。2、系統(tǒng)具體設(shè)計與實現(xiàn)。（1）總體設(shè)計根據(jù)題目的要求，經(jīng)過仔細分析，充分考慮各種，制定了總體設(shè)計方案：以單片機 STC12C5A60S2 為，完成以下幾個功能：

10、處理鍵盤數(shù)據(jù)，控制 1602 液晶顯示，控制直流電機運轉(zhuǎn)和蜂鳴器，設(shè)計充分利用了單片機的各個接口，減少模塊調(diào)用，也使系統(tǒng)更為可靠。系統(tǒng)組成及原理框架如圖 2所示功能設(shè)定狀態(tài)顯示菜單選擇導(dǎo)軌角度檢測小球位置檢測（2）驅(qū)動模塊直流電機紅外傳感器驅(qū)動模塊角度傳感器蜂鳴器1602 液晶顯示屏鍵盤STC12 C5A60 S2驅(qū)動電路原理圖如下驅(qū)動模塊接受單片機端口 P10，P11，P12 的信號以控制直流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，進而控制導(dǎo)軌的運動。（3）單元模塊:(3-1)單片機控制充分利用了單片機的各個接口如圖 3 所示，單片機的各接口功能如下P00-P07 用于控制 1602 液晶顯示頻顯示小球狀態(tài)，P1

11、0-P12 用于輸出信號給驅(qū)動電機模塊；P36.P17 分別用于驅(qū)動蜂鳴器和 LED；P20-P23 作為鍵盤的輸：通過鍵盤實行功能設(shè)置和菜單選擇；P36，P37 用于角度傳感器的信號輸入；P30-P35 用于紅外傳感器的信號輸入；(3-2)小球位置檢測小球位置檢測模塊的電路圖如下，位置檢測采用紅外傳感器當小球靠近傳感器時為 1 否則為 0，小球滾動經(jīng)過導(dǎo)軌0cm,5cm,25cm,35cm,30cm,55cm,60cm 處時，傳感器把信號發(fā)射給P30-P37 端口。(3-3)導(dǎo)軌水平檢測導(dǎo)軌水平檢測選用的是高精度角度傳感器WDD35D4 實時檢測，此傳感器根據(jù)電位器原理設(shè)計，其具有機械長、分

12、辨率高，轉(zhuǎn)動順滑、動態(tài)噪聲小的性能并且該傳感器不需要電路，使用方便。實際角度測量原理：U 型導(dǎo)軌偏轉(zhuǎn)的角度通過傳感器WDD35D4 轉(zhuǎn)換輸出電壓信號，該電壓信號通過STCC12C5A60S2 單片機導(dǎo)軌水平時液晶顯示A/D 采樣，編程轉(zhuǎn)換對應(yīng)角度值并用液晶顯。如當顯示;=00角度傳感3、發(fā)揮部分：每當小球在來回運動過程中，都有可能在某處突然停止，這時就需要在此處啟動小球，由于不能人為干預(yù)小球運動，所以在程序中加了抖動程序。當傳感器超過 6 秒沒有檢測到信號，此時系統(tǒng)認為小球停止在某處位置，同時抖動程序開始工作。當抖動次數(shù)達到 20 次時，如果傳感器依然沒有反饋信號， 此時抖動角度加大一度繼續(xù)抖

13、動，直到傳感器檢測到信號，抖動程序停止工作。4、程序設(shè)計程序流程圖項目 1項目 5項目 4項目 3項目 2項目 6選擇工程1. 開始5、功能測試：功能測試往復(fù)運行周期數(shù)據(jù)。6、總結(jié)經(jīng)過為期四天的設(shè)計，感觸頗深的是解決問題的方法，技巧。在這四天中，遇到許許多多問題，對待問題要多方法處理，多角度處理。通過這幾天的設(shè)計競賽，不但增強了實踐能力和協(xié)作精神，而且懂的了聯(lián)系實際的重要性，這對以后的學習和工作大有裨益。當然的設(shè)計還存在一些缺陷，有待于在將來設(shè)計中進一步提高，在此懇請各位批評指教。7、參考文獻1，新概念 51 單片機 C 語言著2、大學生電子設(shè)計競賽歷屆賽題，作品 ht/dzjs.asp3、單

14、片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)實訓(xùn)9919000975575.htmlht/p-部分程序附錄main()左端點（cm）右端點(cm)中心點(cm)時間(s)224929320482823011646301功能按鍵切換方式功能完成情況小球觸碰兩端有明顯聲和光指示S1;使小球處處碰兩端好調(diào)整導(dǎo)軌水平S2好小球往復(fù)運動S3 使導(dǎo)軌上下周期性運動好Angle_x;main_initial();/主程序初始化while(1)SB1=1;SB2=1if (SB1=0)/若按下 SB1Project_2();du_du();/成功后“嘟嘟”if (SB2=0)/若按下 SB1Project_3();du_du()

15、;/成功后“嘟嘟”Angle_x=read_angle();ile_x=0)Showchar(2,0,0 x2b);/在第一行第三位顯示+Showchar(3,0,(Angle_x%100/10+0 x30);/在第一行第四位顯示當前角度值十位Showchar(4,0,(Angle_x%10+0 x30);在第一行第五位顯示當前角度值個位/elseAngle_x=-Angle_x;Showchar(2,0,0 x2d);/在第一行第三位顯示-Showchar(3,0,(Angle_x%100/10+0 x30);在第一行第四位顯示當前角度值十位/Showchar(4,0,(Angle_x%10+0 x30);在第一行第五位顯示當前角度值個位/sbi_0=P12;/0 號（起點）傳感器信號sbi