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1．1 總體設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的主模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制與信號(hào)檢測(cè)。主要包括單片機(jī)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、平衡檢測(cè)模塊、光電檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊以及紅外遙控模塊。
    系統(tǒng)通過(guò)平衡檢測(cè)來(lái)判斷電動(dòng)車(chē)是否處于平衡狀態(tài)，使電動(dòng)車(chē)停留在C處附近，采用光電檢測(cè)模塊使電動(dòng)車(chē)行駛至B處停止，采用尋黑線方法使電動(dòng)車(chē)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(dòng)系統(tǒng)，液晶顯示各階段用時(shí)以及溫度時(shí)間。在配重情況下通過(guò)黑線檢測(cè)的方法使電動(dòng)車(chē)在規(guī)定區(qū)域內(nèi)的任意指定位置順利駛上蹺蹺板。此方案用平衡檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡，用尋黑線調(diào)整車(chē)身與蹺蹺板同向，總體設(shè)計(jì)完全達(dá)到題目要求，可行性很高。
1．2 硬件選型
    通過(guò)比較并結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)最終選擇AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的核心部分。該款單片機(jī)與MCS51系列完全兼容，易于開(kāi)發(fā)調(diào)試。其片內(nèi)帶有FLASH存儲(chǔ)器且可在線下載程序，片上各種資源完全能滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求。
    本方案中選用普通反射式紅外光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)蹺蹺板上黑線。在沒(méi)有探測(cè)到黑線時(shí)，探頭輸出始終保持低電平。當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，輸出立刻由低電平跳變到高電平。紅外光電開(kāi)關(guān)送來(lái)的信號(hào)經(jīng)放大整形后送單片機(jī)分析處理。
    為保證小車(chē)在蹺蹺板上能?chē)?yán)格地沿黑線前進(jìn)和倒退，本方案共采用了前邊8個(gè)探頭，后面2個(gè)探頭的方案。前邊8個(gè)探頭可以保持小車(chē)在前進(jìn)時(shí)完全保持車(chē)身在板內(nèi)，高精度的轉(zhuǎn)向使小車(chē)前進(jìn)時(shí)距板邊沿嚴(yán)格控制在4 cm以?xún)?nèi)；考慮到小車(chē)后退要求較簡(jiǎn)單，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)后邊2個(gè)探頭足以使小車(chē)保持在板內(nèi)。
1．3 軟件設(shè)計(jì)
1．3．1 平衡檢測(cè)模塊方案設(shè)計(jì)
    方案一：采用角度傳感器直接測(cè)量系統(tǒng)角度的變化，當(dāng)角度變化不超過(guò)所定范圍即認(rèn)為達(dá)到平衡。角度測(cè)量精確，靈敏度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，構(gòu)造簡(jiǎn)單。
    方案二：置一裝有適量水的小水罐于車(chē)上，當(dāng)上坡時(shí)水體傾斜，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)水體幾乎水平，利用液位傳感器檢測(cè)液面高度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡。此方案可行，但會(huì)增加電動(dòng)車(chē)載重，靈敏度不是很高，要求液體不出現(xiàn)振蕩。
    比較兩種方案，方案一具有明顯優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案一。
1．3．2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)方案設(shè)計(jì)
    方案一：直流電機(jī)，即采用H型PWM驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，改變電機(jī)電壓極性實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，PWM占空比控制轉(zhuǎn)速，由于電壓難達(dá)到很高的精度，其轉(zhuǎn)速也達(dá)不到本系統(tǒng)的精度。
    方案二：步進(jìn)電機(jī)，按照接收脈沖數(shù)控制其步數(shù)，按照給定步進(jìn)電機(jī)的步序和步數(shù)直接控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，可以提高精確性，適合平衡狀態(tài)及位置檢測(cè)。
    比較兩種方案，選擇方案二。
1．3．3 黑線檢測(cè)方案設(shè)計(jì)
    方案一：可見(jiàn)光發(fā)光二極管與光敏二極管組成的發(fā)射一接收電路。該方案缺點(diǎn)在于易受外界環(huán)境光源的干擾，容易造成誤判，準(zhǔn)確度不高。
    方案二：脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射-接收器。采用交流分量調(diào)制信號(hào)減少干擾，但需要控制占空比，要求有較大的電流，在本系統(tǒng)中不可取。
    方案三：不調(diào)制的反射式紅外發(fā)射-接收器。受外界干擾小，靈敏度高。
    比較三種方案，方案三的準(zhǔn)確度高，明顯優(yōu)于其他兩種方案，所以選擇方案三。
1．3．4 位置檢測(cè)方案設(shè)計(jì)
    方案一：從始端到末端用康銅絲水平置于木板一側(cè)，通過(guò)采樣檢測(cè)電壓值檢測(cè)是否已經(jīng)行駛到蹺蹺板末端B處，此方案要求與車(chē)相連，需要一定轉(zhuǎn)換時(shí)間。
    方案二：由鼠標(biāo)工作原理采用光電碼盤(pán)測(cè)量行駛距離是否已接近板長(zhǎng)，或者將板長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為接收到的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，以此檢測(cè)電動(dòng)車(chē)是否行駛到末端。
    比較兩種方案，方案二簡(jiǎn)便可行，測(cè)量效果較好，所以選擇方案二。
1．3．5 程序設(shè)計(jì)
    程序需要完成以下的功能：
    (1)不同階段設(shè)定不同的行駛速度，小車(chē)在上坡和中間尋求平衡的時(shí)候必須要求不同的速度，已達(dá)到在規(guī)定時(shí)間使蹺蹺板平衡，利用軟件檢測(cè)和調(diào)節(jié)使小車(chē)在不同階段具有不同的速度。
    (2)綜合多傳感器以提高測(cè)量精度，確保小車(chē)在蹺蹺板上有比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
    (3)使用軟件濾波器消除小車(chē)在行進(jìn)時(shí)的抖動(dòng)所造成的電壓輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題。