电动车跷跷板(J题)
电动车跷跷板
电动车跷跷板（F题）摘要电动车跷跷板由一个电动小车改造完成。
小车从跷跷板一端的某一位置出发，驶上跷跷板并在上面行驶，调整自身的位置，使跷跷板处于平衡状态。
当有另一块任意质量配重放置在跷跷板上时，电动车能够重新取得平衡。
采用PID算法和鉴向控制驱动双电机差速实现速度和路程的控制。
采用黄金搜索法和PD算法结合控制小车寻找平衡点，达到平衡状态。
采用倾角传感器SCA103T作为小车倾斜角的敏感器件，判断跷跷板的状态是否达到平衡。
双传感器寻迹，保证小车能够顺利返回起始点。
设计的重点和难点是角度传感器的选择和平衡算法的设计。
特色是对角度传感器输出信号的处理和平衡算法的设计。
关键词MC9S12DG128 倾角传感器电动车跷跷板黄金搜索法一．系统方案1．题目分析小车要满足题目的要求，实现预定的功能，跷跷板小车就要具有寻线，电机驱动，倾角检测，显示等功能模块，并要有一个控制系统协调各个模块正常工作。
从整个系统来看，检测跷跷板的状态，实现跷跷板的平衡是设计的重点和难点。
2．方案论证与比较2.1 信息检测对象的选择：实现系统功能，关键是系统信息的检测和控制算法的设计。
可以检测小车的状态或者跷跷板的状态来判断系统是否处于平衡状态。
方案一：对于小车而言，可以测量其车体的加速度，转角或者车体倾斜角。
由于小车不仅有跟随跷跷板的运动，而且相对跷跷板也在运动。
检测到小车的信息后，需要检测板子的信息并做转化处理，才能算得绝对的角度，角加速度或车体倾斜角。
方案二：对于板子而言，其运动状态代表了系统的状态，检测得到的信息经过滤波去噪，基本就是系统的信息。
考虑到以小车作为检测对象将使控制系统变得复杂，且在系统中引入了更多的干扰和误差，因此将跷跷板作为信息检测的对象。
2.2 反馈的选择：控制跷跷板的平衡，反馈的选取起到了至关重要的作用。
方案一：检测板子的倾角，转动角速度角或角加速度，判断跷跷板是否达到平衡状态。
对于控制算法而言，角度和距离是最直观的控制变量。
四天三夜的“信号发生器”—记2007年全国大学生电子设计大赛“索尼杯”作品
四天三夜的“信号发生器”—记2007年全国大学生电子设
计大赛“索尼杯”作品
王斌;高茂光;叶俊辉
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】在2007年全国大学生电子设计大赛中，我们三人组成的参赛队选择了高职高专组H题-信号发生器。
题目要求制作一台信号发生器，能产生正弦波、方波和三角波信号，可通过按键对其频率和幅度进行调整，并对调整及输出精度有一定要求。
通过四天三夜的紧张努力，我们最终以基本要求和发挥要求完全实现，并有多方面自主发挥及创新点，
【总页数】3页(P48-50)
【作者】王斌;高茂光;叶俊辉
【作者单位】郑州铁路职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.6
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电动车跷跷板的设计与制作
具有自平衡装置的电动车跷跷板摘要：电动车跷跷板是第八届全国大学生电子设计大赛的题目之一，本设计在四川赛区获得了一等奖，在全国竞赛中获得了二等奖。
本制作是一种能在跷跷板上行驶，并且可以在跷跷板上自动找到平衡点的电动车。
它以MC9S12DG128单片机作为控制核心，由驱动调速模块、路面检测模块、显示模块、电源模块等几部分组成。
本制作设计了平衡杆力矩补偿装置，使调节跷跷板的平衡精度更高。
关键词：MC9S12DG128单片机单轴倾角传感器SCA61T 摄像头 PWM调速Abstract: The electric car seesaw is one of eighth session of national university student electron design big game topics, this design has won the first award in the Sichuan contest area, has won the second prize in the national competition. This manufacture is one kind can go on the seesaw, and may find the balance point automatically on the seesaw the electric car.It by the MC9S12DG128 monolithic integrated circuit took the control core, by the actuation velocity modulation module, the road surface examination module, the demonstration module, the power source module and so on several parts is composed. This manufacture has designed the equalizing bar moment of force compensation system, causes the adjustment seesaw the balanced precision to be higher.Key word: MC9S12DG128 monolithic integrated circuit Single axle inclination angle sensor SCA61T camera PWM velocity modulation汽车作为人们交通的工具，随着计算机技术、通信技术、传感器技术等的发展，智能汽车的研究成为汽车发展的一大趋势。
电动车跷跷板报告
电动车跷跷板报告【摘要】：本系统采用遥控电动小汽车改装而成，主要由89C52和模拟电路为核心器件，实现对智能电动车行驶的自动控制。
整车长23 厘米，宽5厘米，运行性能良好，符合设计要求。
电动车平衡检测使用倾角传感器。
电动智能小车电路由平衡检测电路、计时显示电路、电机驱动电路等组成，它不需要遥控就能按要求行走。
一、方案的选择与论证根据题目要求，系统可以以划分为几个基本模块，如图1.1所示图1.11、步进电机驱动调速模块方案一：采用与步进电机相匹配的成品驱动装置。
使用该方法实现步进电机驱动，其优点是工作可靠，节约制作和调试的时间，但成本很高。
方案二：采用集成电机驱动芯片LA298。
采用该方法实现电路驱动，简化了电路，控制比较简单，性能稳定，但成本较高。
方案三：采用互补硅功率达林顿管ULN2003实现步进电机的驱动。
采用该方法实现步进电机的驱动，电路连接比较简单，工作也相对可靠，成本低廉，技术成熟。
基于上述理论分析，最终选择方案三。
2、平衡检测模块方案一：采用精密的倾角传感器，这种传感器对应每个角度输出一个固定电流。
可以实现精确控制，但价格昂贵。
方案二：采用简易的倾角传感器，它直接输出一个开关量。
当其与地面垂直时，两触点断开；若倾斜角度超出一定范围，两触点短接。
这种传感器价格低廉，使用方便。
基于上述分析，最终选择方案二。
3、显示模块方案一：采用数码管显示。
数码管具有经济、低功耗、耐老化和精度比较高等优点，但它与单片机连接时，需要外接存储器进行数据锁存。
此外，数码管只能显示少数几个字符。
方案二：采用LCD进行显示。
LCD具有功耗低、无辐射、显示稳定、抗干扰能力强等特点，而且可以显示汉字。
考虑到本次设计的人性化设计，综合考虑，决定采用方案二。
4、电源选择考虑到本次设计对电源的要求，我们采用四节1.5V的干电池作为供电电源。
二、系统的具体设计与实现系统的组成及原理框图如图所2.1示。
以下分为硬件和软件两个方面进行具体分析。
电动车跷跷板设计
57科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 业 技 术1 设计任务与要求1.1设计任务在给定条件的翘翘板上,小车主要完成从一端出发行驶至平衡点附近,停留一定的时间后开始寻找平衡点,达到平衡点之后行驶至终点,停留一定的时间后返回终点。
如图1所示。
2 方案比较与论证2.1各种方案比较与选择电机选择:为实现小车的运动,还有完成跷跷板的平衡调节,电机应该具有较好的灵敏度和动力。
方案一:直流电机,直流电机响应比较快,调节起来比较方便,价格也比较便宜,可以实现高速的选择。
但是力矩有一定的限制。
方案二:减速电机,减速电机驱动能力强,制动性也好,调节平衡比较方便,但是响应比较慢。
通过实践,直流电机速度快但是动力不强,制动性比较差,不能较好的实现平衡的调节,减速电机虽然反应慢,但是可以满足平衡的调节要求,因此选择减速电机。
倾角测量传感器:倾角是小车运行的控制量,它的准确获取才能使小车能够稳定地达到平衡,并且能够准确测量倾角,还能加大控制量。
方案一:倾角传感器,经测量倾角传感器灵敏度高,跷跷板两端采样值的差值20。
方案二:MMA7260三轴加速度计,该传感器可以测量重力延竖直方向上的分量,但是通过实际的检测发现其灵敏度低,且不稳定。
控制器的选择:对于一个不稳定系统,要控制系统达到平衡位置,需要加入一个控制器。
方案一:采用PID控制器。
PID控制器是一种适应范围广的控制算法。
可以达到一般的控制要求。
跷跷板的平衡是要达到两边的力矩平衡。
小车行驶到某一个特定的位置才能使跷跷板平衡。
方案二:采用步进法不断搜索平衡点,使系统达到平衡。
步进调节比较稳定。
由于倾角传感器的灵敏度的限制,控制量太小用PD控制器实现起来比较麻烦,而且参数的调节也不好控制,因此我们采用步进控制。
2.2控制算法设计采用步进控制,角度的变化量和长度的变化量均随时间而变,并且和各自速度相关,因此,引入小车每个控制周期的步进量 v ,和角度每个控制周期的变化量 ,假设速度控制的周期为T(ms),那么就有下面的式子合力钜: ()cos(T)f M G L v T M 合 (1)每个控制周期,先让小车走一段距离,停止一定时间测量角度,然后以这个角度为依据进行下一次平衡调节,如果所调的参数满足式子(1),那么跷跷板最终可以达到平衡。
电动车跷跷板说明书(1)
电动车跷跷板设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。
配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。
电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。
在不加配重的情况下，电动车完成以下动作：（1）电动车从起始端A出发，在30秒钟内行驶到中心点C附近。
（2）60秒钟之内，电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，给出明显的平衡指示。
（3）电动车从（2）中的平衡点出发，30秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）。
（4）电动车在B点停止5秒后，1分钟内倒退回起始端A，完成整个行程。
（5）在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。
图10.9.1 起始状态示意图图10.9.2 平衡状态示意图【项目知识点和技能点】1、步进电机的应用和控制。
2、自动寻迹系统原理与应用。
3、角度传感器的原理和应用。
4、PTR8000无线发送与接收模块的应用。
5、AT89s52单片机模数转换的原理和应用。
8.2.2 总体设计方案以单片机AT89S52为主要控制芯片，查询按键的输入，传输各种参数的显示，两台电机的正反转和速度控制以及两台电机的协调运动，负责光电检测信号的接收和对信号的处理，从而能够确定小车轨迹，在B点停止和返回，并最终停止。
角度传感器把角度信号输给单片机，把检测到的角度和基准角度比较，从而确定翘翘板的平衡点。
寻找平衡点时主要是采用PID闭环控制算法，在小车行驶过程中每当小车翻过平衡点的时候都令小车向后退一段路程，直到小车再次翻过平衡点，小车再次向前行驶一段比前一段要小的距离直到翻过平衡点，最终找到平衡点。
系统框图如8-13所示，由如下几个模块组成控制模块——采用AT89S52单片机控制。
电机选择模块——采用四线两相步进电机。
显示模块——采用1602LCD液晶显示屏进行显示。
电动车跷跷板(F题)
电动车跷跷板（F题）摘要本设计采用Mega16单片机作为主控单元，通过查询和中断的方式实现对小车的智能控制。
用黑胶带引导电动车的行走，使用反射式光电传感器检测黑色引导线；距离和速度的检测通过对断续式光电开关的计数实现；对跷跷板的平衡状态采用了角度传感器的检测方案。
小车电机的控制利用了PWM 技术。
小车的平衡调节分为粗调和微调，通过调节车的行走距离实现粗调，微调通过改变车静止时的重心完成的。
测试结果表明所制作的电动车跷跷板调整时间短，能满足题目的性能要求。
一．系统方案论证与比较1.总体方案论证方案一：车辆轨迹控制方案在行走轨道上埋铁条可以用金属探测器引导，但此种方案的工作量大，成本较高。
平衡状态的检测采取测量车对地面的距离，但车载的测距传感器在平衡点测量精度经计算必须达到mm级，实现起来难度较大。
方案二：用黑胶带引导，简单易行，且路面美观。
而用角度传感器外围电路简单，精度较高，能够很好地完成任务。
另外车在平衡点附近立即保持平衡难度较大，必须采取减速措施。
对车内部齿轮的转动的检测可以准确地知道车行驶的距离，再通过程序的设定使车在一定的范围内开始减速。
小车在平衡点附近靠前后移动车身来改变重心的方法调整较慢。
而采用改变车顶的重心来改变整个系统的重心，简单易行，调整时间短。
基于以上分析，采用方案二。
2.核心硬件方案论证2.1电机驱动模块方案一：采用步进电机作为驱动源，此种方案可以轻松达到调速的目的，而步进电机的价格也比较高。
方案二：采用大功率达林顿管组成的PWM和H型驱动集成电路（L298）。
效率非常高，使用PWM 调速方案可以很方便地实现程序中对电机的调速，减少了硬件电路。
基于上述分析，我们选择方案二。
2.2路面黑线探测模块方案一：采用摄像头把路面的信息收集起来再用单片机对其分析，此种方法，对路面的信息处理准确，但成本较高，对硬件和软件的要求都非常高，在短时间内很难做出实物出来，所以此种方案不可取。
方案二：采用反射式红外收发组件对路面信息进行探测。
电动车跷跷板
五、测试方案及测试表
A-C T(s) 达到 平衡 时间 (s) ＜60
C点附近 平衡两 端高度 差(mm) ≤40 平衡 维持 时间 (s) 5
C-B T(s)
B
B-A
距离 停车 T(s) 末端 (s) (mm) ≤50 5 ＜60
＜30
＜30
五、测试方案及测试表
达到平衡 能否上 板 高度差 维持时 (mm) 间(s) ≤40 ≥5
四、实验步骤及内容
四、实验步骤及内容
2 PWM控制和模糊控制算法 PWM即通过对占空比的控制达到改变速度 的目的。所以很容易地实现了上坡和粗调时行驶 速度快，而接近平衡和细调时速度中等。 采用模糊控制算法分段逐次逼近平衡点。假设 目标角度值为E0，当前角度值EN。与目标值的 差值为：E=EN-E0，与目标值的差值的绝对值为： ABS(E)=|E|。
重新达到平衡 高度差 (mm) ≤40
运行总时 间s） 维持时间 (s) ≥5 ≤180
LOGO
二、实验原理
系统实现方框图
三、实验器材
直流稳压稳流电源
SG1733SB3A
双踪数字示波器 Tektronix TDS1002
实 验 器 材
数字信号源
Agilent 3息采集和电机驱动 角度测量电路主要由角度传感器和A/D组成， 用于实时角度信息采集；光电检测电路主要由光 电检测器ST188和电压比较器LM339组成，用于 小车的循迹、定位和保护；电机驱动电路由L298 和光耦隔离芯片TLP521-2组成，用于提供一个低 干扰的强劲动力系统。
四、实验步骤及内容
编号 1 2 3 4 5 6
控制条件 IF(E>0) IF(E<0) IF(ABS(E) >=A1) IF(ABS(E) >=A2) IF(ABS(E) >=A3) IF(E=0) || (E<DELTA_E))
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电动车跷跷板（J题）
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一个电动车跷跷板，要求跷跷板起始端一侧装有可移动的配重物体，配重物体位置可调范围不小于400mm。
电动车从起始端出发，按要求自动在跷跷板上行驶。
电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。
图1起始状态示意图
图2平衡状态示意图
二、要求
1．基本要求
（1）先将跷跷板固定为水平状态，电动车从起始端A位置出发，行驶跷跷板的全程(全程的含义：电动车从起始端A出发至车头到达跷跷板顶端B位置)。
停
止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A，电动车能
分别显示前进和倒退所用的时间。
前进行驶在1分钟内、倒退行驶在1.5分钟
内完成。
（2）跷跷板处在图1所示的状态下（配重物体位置不限制），电动车从起始端A出发，行驶跷跷板的全程。
停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷
跷板的起始端A，电动车能分别显示前进和倒退所用的时间。
前进行驶在1.5
分钟内、倒退行驶在2分钟内完成。
2．发挥部分
（1）由参赛队员将配重物体设定在可移动范围中的某位置，电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间不小于5秒，同时发出声光提示，电动
车显示所用的时间。
全过程要求在2分钟内完成。
（2）在可移动范围内任意设定配重物体的位置（由测试人员指定），电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间不小于5秒，同时发出声光提示，
电动车显示所用的时间。
全过程要求在2分钟内完成。
（3）其他。
三、说明
1.跷跷板长1600mm、宽300mm。
为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。
2.跷跷板中心固定在直径不大于40mm的圆轴上，圆轴两端支撑在两个支架上，与
支架圆滑接触。
跷跷板在图2所示的平衡状态下，跷跷板底距地面或桌面的距离为70mm。
3.允许在跷跷板面上画有寻迹线。
4.电动车（含车体上的其它装置）的外形尺寸规定：长≤300mm，宽≤200mm。
测试
过程中电动车外形尺寸不允许变动。
5.电动车不允许采用有线或无线遥控，电动车自身应具备转弯功能。
6.电动车行驶距离的测量以车尾为基准。
7.平衡状态的含义是：当跷跷板出现上下摆动，且B端底部与水平状态的偏移量≤
60mm范围内时，可视为进入平衡状态。
四、评分标准。