自由摆平板控制系统设计与实现

本文详细介绍了基于自由摆的平板控制系统的设计与实现，这是2011年全国电子设计大赛的参赛论文。系统的核心是使用AVR mega16单片机进行自动控制，通过倾角传感器SCA60C检测平板的倾斜角度，加速度传感器MM7455用于判断倾斜方向并辅助校正。设计的关键在于采用了控制精确的步进电机，最小步进角1.8度，以调整平板的平衡。 系统方案设计主要围绕以下几个方面展开： 1. 设计思路：系统需实现对平板的精确控制，确保在自由摆动过程中满足特定功能要求，如硬币不滑落、激光笔照射点保持在目标线上等。 2. 方案选择与论证：经过比较分析，选择了AVR mega16单片机作为控制器，SCA60C和MM7455传感器作为测量装置，以及步进电机作为执行机构。步进电机因其高精度和易于寻找到平衡点而被选用。 3. 系统总设计和结构总框图：系统包括硬件和软件两大部分，硬件涉及单片机、传感器和电机，软件涉及控制算法和程序设计。 理论计算与分析： 1. 平板状态测量方法：通过倾角传感器实时获取平板的倾斜数据，结合加速度传感器的数据，实现对平板状态的准确监测。 2. 建模与控制方法：建立系统模型，设计相应的控制策略，以确保在各种条件下都能实现预期的平板运动。 电路与程序设计： 1. 硬件设计：包括单片机电路、传感器接口电路和步进电机驱动电路，确保信号处理和控制信号的准确传输。 2. 软件设计：编写单片机控制程序，实现传感器数据采集、处理、控制指令生成以及步进电机的精确驱动。 测试方法与仪器： 1. 测试设备：使用专用的测试仪器对系统性能进行验证，包括传感器的准确性、电机的控制精度等。 2. 测试方法：设计了多个场景的实验，模拟实际操作条件，验证系统是否能按要求完成各项任务。 这篇论文详尽地阐述了基于自由摆的平板控制系统的各个方面，展示了从概念到实现的全过程，体现了对电子设计和自动控制原理的深入理解和应用。通过这一系统，参赛者成功地解决了复杂动态环境下的控制问题，展示了出色的技术创新能力。