小球滚动控制系统 青岛职业技术学院 张守礼 陈先稳 马聪 指导教师：陈萌、石从刚（由于电子文档不兼容，符号和线路图没有显示，详情请查看附件）
摘要：本文是以C51单片机为控制芯片的小球滚动控制系统的设计，整个系统包含CPU模块、红外检测模块、角度检测模块、电源等模块。本系统采用ATMEL公司的51系列单片机、TI公司的模数转换芯片TLC2543等元件完成角度控制设计要求。关键词：AT89c52单片机，角度控制, 模数转换，红外传感器。 目 录 1方案的论证与比较.................................................................................................... 11.1控制模块的论证与选择.................................................................................. 11.2 模数转换模块的论证与选择......................................................................... 11.3导轨触发机构的论证与选择..........................................................................11.4系统角度控制的论证与选择..........................................................................12测控方法.................................................................................................................... 22.1 位置检测......................................................................................................... 22.2 .角度检测........................................................................................................ 22.3 导轨控制方法................................................................................................. 23硬件系统设计............................................................................................................ 33.1模数转换电路的设计....................................................................................... 33.2 参考电压供电的设计....................................................................................... 33.3 电机驱动模块的设计....................................................................................... 44 软件系统设计........................................................................................................... 44.1软件设计思修.................................................................................................... 54.2软件流程图........................................................................................................ 55测试方案与测试结果................................................................................................ 56结语............................................................................................................................ 67 参考文献................................................................................................................... 6 附录：源程序............................................................................................................... 7
方案一： 采用ATMEL公司的51系列单片机方案二： 采用TI公司的MSP430单片机方案选择：虽然MSP430单片机具有较多的内部资源且功耗较低，但430单片机编程较为复杂，传统的51单片机相对来说比较简单，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。本系统对外围设备的要求不高，51单片机的资源比较丰富，综合比较，我们选择了操作较为简单的51单片机。
方案一： 8位AD转换芯片ADC0809方案二： 12位转换芯片TLC2543方案选择：8位AD转换芯片ADC0809。与微处理器完全兼容。该芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，但分辨率较低。TLC2543芯片采用串行输出，操作简便，分辨率为12位，精度较高。为满足高精度水平控制和角度测量，选择用12位AD转换芯片TLC2543。 综合以上方案，我们选用方案二。
方案一：采用普通按钮方案二：采用微动开关方案三：采用红外对管方案选择：本系统小球选用为玻璃小球，如果是一般的按钮小球几乎无法触动按钮。微动开关可以虽然只要较小的力度触发，但考虑设计中还要用红外对管测试小球的区间位置，为减少设计中元件使用种类，统一选择红外对管。红外对管可以及时的捕获小球的运动区间，并可以对小球的速度进行测量，根据数据对小球进行及时的控制，使系统更加的稳定。综合以上方案，我们选用方案三。
方案一：采用MPU6050陀螺仪方案二：采用WDD35D角度传感器 方案选择：角度传感器可以依据输出电压的大小通过模数转换转换来判断水平杆与水平线的夹角，数据处理简单。mpu6050陀螺仪数据复杂，处理起来较为繁琐，不适合本系统。综合以上方案，我们选用方案二。
小球导轨上有5个红外对头，小球在经过每一个红外对头时会发生电平变化并被控制模块捕捉到。当小球从原点出发时，控制模块得到信号启动定时器，当小球经过第一个红外对管时定时器计时结束，已知小球移动的距离，除以定时器的时间，可以得到速度，这个速度被认为改红外对头到下一个红外对头的平均速度。小球就可以根据速度和计时器的数据得到。在每个红外对头高低电平变化时，设置变量，根据变量是奇数还是偶数来判断小球是靠近原点还是远离原点，从而实现小球位置的检测。
角度检测采用WDD35D角度传感器，WDD35D有三个引脚，电源、地和输出，输出端类似电位器的输出端，当角度传感器的轴发生变化时，内部的电阻发生变化，输出端的电压也发生变化。角度传感器输出端与TLC2543相连，当输出的电压发生变化时，TLC2543时时检测，并将模拟量转换成数字量后送至控制模块，再将数字量与导轨的偏移的角度进行对比，判断出角度的大小。
导轨通过细线与支架上的直流电机相连，角度发生变化，TLC2543转换完的将数字量送至控制模块，控制模块得到数据后与程序内的数据进行对比，输出不同的PWM信号来控制电机，直到到达规定角度。