电动车跷跷板论文电子设计大赛 第2页
图2-3 寻迹传感器工作电路
图2-4 红外传感器的安装
（3）显示部分
设计中采用了七个共阴极字段型显示数码管，并采用MAX7219作为其驱动芯片。MAX7219采用串行接口方式,只需LOAD、DIN、CLK三个管脚便可实现数据传送，从而节约了大量的I/O口，同时能驱动8个LED,可对每位LED进行单独控制、刷新。调试时七位数码管可用于显示中间变量，如加速度计的输出电压等。最终七位数码管的作用为：第一位设置为平衡指示，平衡时显示‘8’；后三位用于分阶段实时显示小车运动时间。
（4）B点小车倒退控制
B点小车的控制部分采用无线通信RSSI算法，即接收信号强度指示法，测距的原理是在节点发射功率已知的情况下，通过测量节点的接收信号强度，然后利用理论或经验的信道传播衰减模型将信号强度转化为距离。由于大多数节点都具有信号强度测量能力，故RSSI 方法是一种应用范围广且廉价的定位技术。
本设计中有一节点发送信号，单片机通过判断接收信号的强弱来判断相对位置，接收到预定的信号强度时实现小车的倒退运动。
（5）直流电机驱动电路
L293 芯片可同时驱动两个直流电机. 两组控制信号分别为E1 、IN1 、IN2 和E2 、IN3 、IN4 ,其中E1 、E2 是使能信号,控制小车的运动与静止。4个输入端IN1～IN4 被分为两组,通过输入高/ 低或低/ 高电平实现电机的正/ 反转,从而使机器人前进/ 倒退。
图2-5 直流电机驱动电路
3 系统软件原理及工作流程
3.1 软件控制
在完成基本功能时，主程序流程图如图3-1所示。软件编程实现小车的运动过程可分为四个部分：(1)从A点出发，驶向中心点C。(2)在一段时间内维持小车平衡。平衡判断子程序流程图如图3-2所示。（3）行驶到末端，与控制器进行通信。通信过程子程序流程图如图3-3所示。（4）倒退回起始端。
3.2工作流程：
如图所示，假设跷跷板平衡状态与大地水平处于同一水平面。小车由A点走上木板，迅速前进。当接近中点C时开始缓慢前进，寻找平衡点。未到达平衡点时，由于跷跷板两侧力矩不等，导致跷跷板一侧翘起，此时板与水平面形成一定倾角，此倾角将会引起加速度计的动作，即输出电压值的改变。加速度计被竖直向下连接在小车上，设置板水平时的输出电压值为“平衡点”，所以存在倾角时加速度计输出的电压值相对于“平衡点”有个偏差值，此偏差值经放大后被送给单片机进行处理即将其反馈给小车的运动，用以减小偏差。即A低B高小车向B运动；A高B低小车向A运动，形成跷跷板状态。加速度计输出的偏差值在一定范围内被判定为平衡态，维持平衡态一定时间后，小车则快速驶向B点。由杠杆平衡原理可得，当系统处于动态平衡时，两边力矩相等。即mgl=MgL，由此可计算出l，l=ML/m。
图3-1 主控制程序框图 图3-2 平衡判断子程序 图3-3 B点判断子程序
图3-4 工作流程图
4 功能测试与误差分析
4.1 测试结果分析
通过测试，本系统能很好的完成基本要求及发挥部分。利用单片机能够实时的对各采样信号进行处理，达到对小车的各种控制要求。红外传感器能够很好的实现对路线的识别，有较好的寻迹效果。加速度传感器能够很好的测出跷跷板的水平倾角，用以指示单片机控制小车的前进方向，但小车的静态平衡仍很难控制，主要是因为平衡点为一个点，或为一个很小的区域，但小车的步进值为一定长度，很难真正到达平衡点，故只能通过小车来回行使来达到动态平衡。电机及其驱动电路也能完成基本要求，很好的实现了驱动小车完成各项动作。不足的是速度不易控制，精确度不如步进电机高。另外，显示功能完成的非常好，能够实现对小车各状态信息实时地显示。
表4-1 系统功能测试结果
基
本
要
求 30秒之内由A点行使到C点 实现，在25秒左右到达
60秒内在C点附近使跷跷板平衡5秒钟 实现，平衡时间可达5秒以上
平衡时有明显的平衡指示 实现，小灯闪烁，第一位数码管显示8
从平衡点出发，30秒内到达B点 实现，可在10秒之内到达
在B点停留5秒后，一分钟内退回A点 实现，精确定时5秒返回
分阶段实时显示小车行使所用的时间 实现
发
挥
部
分 指定位置，电动车可自动驶上跷跷板 实现，通过红外传感器辨别
导引线可以使小车完成寻迹
跷跷板上平衡，维持5秒钟以上 实现，时间可编程设为任意
添加配重，小车取得平衡5秒钟以上 实现
电动车在3分钟之内完成发挥题前三部分 实现
4.2 误差分析：
根据杠杆平衡原理，小车会在跷跷板上的某一固定位置使杠杆系统保持平衡，即：杠杆平面与地面保持水平。设此平衡点为G点，小车每次移动距离为△S,小车前进方向如图所示。
（1）若小车刚好运动到G点，则小车静止在此点时，系统平衡。
（2）若小车运动到距离G点△L (△L﹤△S)范围内，则由于小车步进为△S，小车将向前运动到A点，超过G点，此时小车向后退△S，越过G点，然后小车再向前进，如此往复，距离G点的距离始终保持不变，但却不能到达G点，整个系统将维持在一定范围内的动态平衡状态。
图4-1 误差分析图