一种基于ATmega16L单片机电动车跷跷板

一种基于ATmega16L单片机电动车跷跷板

技术领域

本发明专利涉及机电设计技术领域，尤其涉及一种基于ATmega16L单片机电动车 跷跷板。

背景技术

随着我国私家小汽车的普及， 汽车的悬架吸能能力和避震能力消费者尤为关注， 汽车跷跷板正是测试汽车的这些性能的。在此背景下，设计了一种基于ATmega16L单片机电 动车跷跷板，该电动车结合外围传感器，可根据跷跷板状态做出前进或后退动作，也可以在 规定时间内完成寻平衡点、往返等任务。

发明专利内容

本发明专利涉及一种基于ATmega16L单片机电动车跷跷板，本发明是以铁板为车架， msp430单片机为控制核心，加以直流减速电机、LN298驱动电路、mpu6050陀螺仪、红外光电 传感器、N5100液晶、NRF24L01无线模块以及稳压电源电路以及其他电路构成；本发明由 msp430通过IO口控制小车的前进后退停止平衡以及转向，并通过NRF24L01把小车同电脑上 位机连接，进行命令控制和数据发送；寻迹由CTRT5000型红外光电对管完成，平衡由 mpu6050陀螺仪完成，用L298N驱动直流减速电机，同时本发明采用N5100液晶显示，以显示 当前电动车的运动状态以及各部分运行时间。

附图说明

图1：起始状态示意图。

图2：平衡状态示意图。

图3：系统的结构框图。

图4：电源电路图。

图5：光电检测电路图。

图6：H桥驱动电路图。

图7：电机驱动电路图。

图8：灰度测量模块图。

图9：角度检测模块图。

图10：主程序流程图。

图11：复位电路及声光提示电路图。

图12：灰度检测处理子程序流程图。

图13：平衡控制子程序流程图。

具体实施方式

为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明专利，并不用于限定本发明专利。

本发明专利涉及一种基于ATmega16L单片机电动车跷跷板，本发明是以铁板为车 架，msp430单片机为控制核心，加以直流减速电机、LN298驱动电路、mpu6050陀螺仪、红外光 电传感器、N5100液晶、NRF24L01无线模块以及稳压电源电路以及其他电路构成。

进一步的，本发明由msp430通过IO口控制小车的前进后退停止平衡以及转向，并 通过NRF24L01把小车同电脑上位机连接，进行命令控制和数据发送。

进一步的，本发明的寻迹由CTRT5000型红外光电对管完成，平衡由mpu6050陀螺仪 完成，用L298N驱动直流减速电机，同时本发明采用N5100液晶显示，以显示当前电动车的运 动状态以及各部分运行时间。

进一步的，本发明要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。

进一步的，本发明的基本要求：

（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。

进一步的，本发明的车体采用单面敷铜板手工制作。

进一步的，本发明采用ATmage16L单片机作为主控制器。

进一步的，本发明采用10.8V锂电池直接为直流减速电机供电，将10.8V电压经 7806降压、稳压后为单片机系统和其他部分供电。

进一步的，本发明采用红外检测模块对小车的实现行驶路径的修正和跷跷板边缘 的寻迹。

进一步的，本发明采用自制角度传感器用于跷跷板平衡点的捕捉。

进一步的，本发明采用L298N作为直流电机的驱动芯片。

进一步的，本发明的结构框图如图3所示，本发明选用了ATMEL公司AVR单片机做为 本设计的主控制器。AVR单片机是ATMEL公司1997年推出的精简指令集（RISC）单片机系列。 ATMEL公司通过AVR把RISC技术带到了8位单片机世界，这种全新的结构带来了很多优势。该 系列的程序存储器是在片内的Flash存储器，可以反复修改上千次。这对新产品开发、产品 升级都是很方便的。单片机的指令基本上都是单个晶振周期的，能够达到1MIPS/MHZ的性 能。该系列单片机针对应用C语言编程做了优化；很多型号都是宽电压工作的，同时各种睡 眠模式有利于降低系统功耗；再加上内部的振荡器、看门狗、上电复位、A/D输入、PWM输出等 功能，使其可以被称为“零外设”的单片机，具有片上系统的雏形。

进一步的，本发明选用了10.8V锂电池直接为直流减速电机供电，将10.8V电压经 7805降压、稳压后为单片机系统和其他部分供电，这样就解决了本设计的供电问题。电源电 路如图4所示。

进一步的，对于小车的寻迹，本发明采用的是红外检测管，单光束反射取样式光电 传感器ST188。它由红外发射器和感光器组成，通常这两个部分是封装在一起的。利用ST188 构成的检测电路如图5所示。ST188正常工作时，红外线光二极管发出红外线。如果检测面表 面光洁度凭证，发出的红外线经检测面发射后在光敏三极管产生光电效应。产生的电流经 过放大后输出电信号。图5中比较器LM311的同相输入端在没有检测到发射信号（不在白线 区）时固定为高电平，而反相输入端的电压由电阻分压提供（一般在1.5V左右，由可变电阻 器改变电压值）。LM311比较同相端和反相端的输入电压。当在白线区时，反射的红外线导致 光敏三极管导通，同相端输入低电平，比较的结果为输出端为低电平，发光二极管亮；当不 在白线区时，光敏三极管截止，同相端输入高电平，比较的结果为输出端为低电平，发光二 极管灭。

进一步的，本发明采用了L298N来驱动直流电机。由L298N构成的电机驱动电路如 图7所示。

进一步的，在角度检测电路设计中根据设计需要，本发明选用普通电位器自制角 度传感器。在普通电位器的轴上悬挂一个重物，由于重物始终处于垂直状态，小车上下坡会 改变电位器的阻值，电位器阻值的变化将转换成电压的变化送入单片机进行A/D转换。在小 车调试之前先将水平状态下的AD转换值先测量出，并写入到程序中，这样根据AD值就可以 判断出小车的倾角了，该方案成本比较低，而且也能满足实际的控制需求。自制角度检测模 块如图9，在普通电位器的轴上悬挂一个重物，利用重物始终处于垂直状态从而改变电位器 的阻值，将电位器阻值的变化转换成电压的变化，将变化的电压送入单片机进行AD转换，在 小车调试之前先将水平状态下的AD转换值先测量出，并写入到程序中，这样根据AD值就可 以判断出小车的倾角了。在实验过程中，我们测出小车在水平位置时和放在跷跷板上最大 倾角时AD转换值相差4～5左右，该差值在系统检测角度变化的过程中已经能够满足题目的 要求，并且在实验过程中电位器轴的旋转能够及时反映出倾角的变化，因此，利用电位器自 制角度传感器在该系统中是完全可行的。

进一步的，本发明采用发光二极管和蜂鸣器，发光二极管安装在小车的前端和后 端，并用导线将两个器件连接到我们选用的开发板上相应端口，由小车的程序控制二极管 发光与蜂鸣器发出声音，当小车到达终点停止时，让蜂鸣器发出声音1s，并让发光二极管按 2Hz的频率发光2s。复位电路及声光提示电路如图10所示。

进一步的，本发明所设计的软件的主程序流程如图11所示。灰度检测处理子程序 流程如图12所示，把小车直线行进时分成三种状态，当两边传感器都检测不到黑线时，小车 行驶在跑道的中央，这时控制两电机同速度全速运行。当有一个灰度传感器检测到黑线时， 小车处于偏离轨道状态，这时将一个电机速度调快，完成方向调整。当两个传感器同时检测 到黑线时，说明小车到达终点，从而停止。小车前进和后退的控制方式相同。平衡控制子程 序流程如图13所示，在小车寻平衡点时，考虑到自制角度传感器具有的一定惯性，为了消 除惯性的影响，在小车启动时，采用不断减速的方法，使小车行使至跷跷板中点时速度降至 很低的速度，当到平衡时，根据调试的情况，在到平衡点后迅速使小车向后倒退一点距 离，这种实际执行结果较好。

以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本 发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利 的保护范围之内。