小车走跷跷板设计报告

小车走跷跷板设计报告

组号：Q02

组长：何韵5050309926

组员：骆喆5050309927

陈俊彦5050309898

骆喆何韵陈俊彦

一、设计思路：

对于题目要求，最重要的是制作对于角度的传感器。我们没有使用市场上提供的水银传感起或者更高级的角度传感器，而是利用小球及轨道自己实现了一个简易的平衡仪。

平衡仪的原理是利用小球的惯性，当小车构成某个角度的倾斜的时候，小球因为惯性达到轨道一端，再使用适当的位置传感器，转换为电信号输出给单片机。

单片机收到信号并作确认后，调动电机对小车位置进行调整。故小车在跷跷板上反复调整位置，逼近平衡点，直至轨道相对水平，即小车到达平衡点。

具体机械和传感器部分实现，可见下面小节。

二、机械部分：

机械和光电部分：这部分有2个器件，分别为小车提供平衡的信息和走直线的信息。

1．平衡仪：这是这次工作的关键部分，从设计到最后的实现花了许多时间，设计的目标是让平衡仪提供前倾、后倾、平衡3种位置信息。通过实验，推翻了2种设计方案，最后完成了平衡仪的制作。

方案1：如右图所示，利用金属球使得两个金属片直接导通，再配以辅助

电路实现信号的传递。经过初步的

实验，这一方案就被否决掉了，原

因有二：1，收到导轨的限制，小球

很难同时接触到两个金属片；2，无

法做到小球和金属片直接的非弹性

碰撞，信号不稳定。为了解决这两

个问题，我们设计了第二种方案。

方案2：轨道采用了4片金属片组成，在轨道中间部分涂上绝缘的涂层

（胶水），当小球在左边或右边的时

候两片金属就处于稳定的导通状

态，这样就解决了方案1的两个问

题。在实际制作中采用的是可乐罐

的皮，最后测试时发现有严重的接

触不良的问题（猜测是铝氧化层的

关系，如果是铁片的话应该就可以

了）。在已经有轨道的基础上，我们

设计了第三种方案。

方案3：采用发光二极管和光敏二极管对来传递小球的位置信号，当小球

挡住光线时，光敏二极管为高阻，

没挡住时为低阻，配以判决电路完

成信号的转换和传递。最后实现的

是这个方案。

2．车前灯：由两组发光、光敏二极管组成，结构如右图所示，两个二极

管成一定的角度以利于镜面反射光

线的接收，两个灯罩隔绝自然光以

及直接照射。两组灯与板上黑线配

合，如果左灯照到黑线则表示车右偏，反之则左偏。根据光敏二极管阻值变化，配以判决电路完成信号的转换和传递。最后实测中发现小车的机械稳定度足够，无需车前灯校准。

二、硬件部分：

本试验的硬件部分主要是三个部分：

1．供电部分：

供电部分的电源为8V，直接供给电机所需。另一部分经过分压供给光电门所需电压。

根据光电门特性，供电需要6V即可，故根据实验结果，串联发光二极管，可以分压2V。

同时提供光电门供电正常指示灯。

2．光电门电路部分：

光电门部分主要电路是提供一个门限电压判决门，如果有小球经过光电门，根据电压变化输出信号，反馈单片机。

具体电路如下图所示：

2．两个光电门的输出连接到单片机的P0和P1脚，如图所示：

四、程序部分：

1、对于小车走跷跷板的策略如下：

先向前开，直到过平衡点，传感器得到的状态信号发生改变。然后小车改变行进方向，改为向后开，并且速度慢。接着直到传感器状态再次改变，说明又过了平衡点，此时小车再次改变方向并减速。重复上面的过程直到小车到最低速。这部分是大致定位。

最后，小车以最低速行驶，根据传感器的状态决定行进方向，调整位置，每行进一定时间便停一下，使传感器能正确表示小车状态。经过几次调整后停下，实现精确定位。

2、小车程序的具体实现。

程序对小车马达的控制是由时间中断来实现的。小车的速度与方向的调节是由调节输出的pwm波实现。在每个时钟中断，输出pwm波控制马达，根据小车应有速度与方向决定输出pwm信号的高低，使马达在一定的时间内工作一段时间，停一段时间。

程序的传感器部分也是由时间中断实现。每隔一定时间，程序对传感器采样一次。由于