电子设计大赛论文 板式倒立最优最全

板式倒立摆控制装置

小组成员：张健

杨帆

田坤

目录

1.系统方案设计 (3)

1.1 设计要求 (3)

1.1.1 基本要求 (3)

1.1.2 发挥部分 (3)

1.2 显示部分 (3)

1.3 传感器部分 (3)

1.4 驱动部分 (4)

2. 系统硬件设计 (4)

2.1 总体设计思路及基本控制原理 (4)

2.2板式倒立摆装置的设计 (5)

2.3 电路的设计制作 (6)

2.3.1 核心控制单元 (6)

2.3.2 直流电机驱动电路 (6)

2.3.3 信号转换电路 (7)

2.3.4数据显示单元 (7)

2.3.5 声光显示系统设计 (9)

3.理论分析 (10)

3.1 部分电路图 (10)

3.2 理论分析与计算 (12)

3.2.1 对脉冲信号的处理 (12)

3.2.2数据之间的换算 (12)

4．系统调测试 (13)

4.1调试方法 (13)

4.2调试结果 (13)

4.3测试数据 (14)

4.4测试结果 (14)

附录：主要程序 (14)

摘要：

本设计以AT89C52单片机为核心控制系统，由输入模块、角度传感器、液晶显示模块等组成板式倒立摆控制装置。以单片机控制直流电机转速，调节风力大小，改变板式倒立摆转角θ，并保证不让板式倒立摆倒下。手转动板式倒立摆时，通过角度传感器测量倒立摆变化的角度θ，通过单片机能够数字显示转角θ在LCD 屏幕上，显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。还可以通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够在2~10°范围内变化，并且实时显示θ。

关键字：板式倒立摆直流电机角度传感器LCD屏幕

Abstract:

The AT89C52 single chip design as the core to control system, by the input module, Angle sensor, liquid crystal display module plate inverted pendulum control device. With the single chip processor control dc motor speed, adjust the wind size, change plate inverted pendulum θ corner, and promised not to let board type inverted pendulum is falling down. Hand turn board type inverted pendulum, through the Angle sensor measuring inverted pendulum of Angle θ changes, through the single chip microcomputer to digital display corner θ in the LCD screen, indicating that the range of 0 ~ 10 °, resolution for 1 °, absolute error than 2 °. But also through the operation the keyboard control wind size, to make corner θ in 2 ~ 10 ° can range change, and real-time display θ.

Key word: Plate inverted pendulum Dc motor Angle sensor LCD screen

1.系统方案设计

1.1 设计要求

1.1.1 基本要求

(1) 用手转动板式倒立摆时，能够数字显示转角θ。显示范围为0~10°，分辨力为1°，绝对误差≤2°。

(2) 通过操作键盘控制风力大小，使转角θ能够在2~10°范围内变化，并要

求实时显示θ。

1.1.2 发挥部分

通过操作键盘控制风力大小，使板式倒立摆转角θ稳定在0°±5°范围内的任意指定值。要求控制过程在10秒内完成，实时显示θ。

1.2 显示部分

采用LCD1602液晶显示。

1.3 传感器部分

三向加速度传感器MMA755模块。它根据物体运动和方向改变输出信号的电压值。用单片机自带A/D 转换器读取x 、y 、z 三向的输出结果， 再根据线性加速计进行角度测量原理，即可计算出运动物体与x 、y 、z 三向的夹角。经过试验，采用加速度传感器可有效测量所需角度，且精度及响应时间均较好。

以下为线性加速计MMA7455进行角度测量原理：

MMA7455三向加速度传感器，根据物件运动即方向改变输出信号的大小。主控芯片STC12C5A60S2读取X 、Y

A/D 转换。X 、Y 、Z 轴

的加速度分量Ax 、Ay 、Az 1g

=，ρ、ϕ

、θ满足式（1），

如图

1所示。

arctan arctan arctan Z

A ρφθ⎛

⎫

⎛

⎫

=== ⎪⎝⎝

⎝

⎭（1）

（a）(b)

(c) (d)

图1 三轴倾角测量

1.4 驱动部分

采用L298N驱动直流电机。L298N可直接对电机进行控制，不需隔离电路，它通过改变控制端的电平来对电机进行启停、正反转操作，非常方便，亦能满足直流电机减速时的大电流要求

2. 系统硬件设计

2.1 总体设计思路及基本控制原理

在本设计中我们采用了模拟控制及局部反馈控制等控制方法，利用单片机按键控制直流电机的转速，从而实现风力的控制。风力对倒立摆的作用力来带动倒