基于51单片机的电动车跷跷板设计

1.引言

本设计为参加电子设计竞赛而作，较好地解决了电动车在跷跷板上的运行和控制问题，系统结构比较简单，控制比较准确。

2.系统方案设计、比较与论证

根据题目的基本要求，设计任务主要完成电动车在规定时间内按规定路径稳定行驶，并能具有保持平衡功能，同时对行程中的有关数据进行处理显示。为完成相应功能，系统可以划分为以下几个基本模块：电动机驱动模块、寻迹线探测模块、平衡状态检测模块、信息显示模块。见图1

图1 系统框图

2.1寻迹线探测模块

探测路面黑色寻迹线的原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接受到反射光强弱由传感器产生高低电平并最终通过单片机判断是否到达黑线或偏离跑道。

方案一：由可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路，如图2所示。该方案成本较低，易于制作，但其缺点在于周围环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判;如果采用超高亮发光管和高灵敏度光敏管可以降低一定的干扰，但又将增加额外的功率损耗。

图2 方案一电路

方案二：自制红外探头电路。此种方法简单，价格便宜，灵敏度可调，但易受到周围环境影响，特别是较强光照对检测信号的影响，会造成系统不稳定。再加上时间有限，制作分立电路较繁琐。

方案三：集成式红外探头。可以采用集成断续式光电开关探测器，它具有集成度高、工作性能可靠的优点，只须调节探头上的一个旋钮即可以控制探头的灵敏度。此种探头还能有效地防止普通光源(如日光灯等)的干扰。红外探测器E3F-DS30C4见图3。

图3 集成红外探测头

基于上述考虑，为了提高系统信号采集检测的精度，我们采用方案三。

2.2平衡状态检测模块

方案一：断续式光电开关。在跷跷板两头的地面上各放置一个，调节灵敏度使其在一定范围内接收不到反射光产生低电平，从而认为达到平衡状态，由单片机控制小车运动状态使跷跷板达到动态平衡。然而此方案平衡控制不灵敏，难以调节，还需用导线与单片机传输信号，使小车失去独立性。

方案二：采用角度传感器。该集成芯片为专用的水平倾角测量芯片，具有体积小、灵敏度高、简单、可靠等优点，可高度满足该题对平衡角度的精确要求。

经过以上两个方案比较，方案二明显优于方案一，故采用方案二。