摘要： 南诏国
该系统通过C8051F020单片机控制步进电机，在杆的摆动过程中使单片机能够自由控制平板转动。在此过程中，使摆杆从一定的角度自由下落，通过重力加速度的改变，加速度传感器给单片机发出指令，给予步进电机一定的脉冲信号，使平板能够按照摆杆摆动的节奏，有规律的转动或者保持水平。发挥部分，将一激光笔固定于平板上，让激光笔在摆杆摆动的过程中，能够照射在某一固定靶上，并以LED灯发出信号表示动作完成，从而完成全部任务。 关键字：C8051F020单片机；步进电机；加速传感器；脉冲；平衡
一、 方案设计与论证：
1987年诺贝尔化学奖
图一：系统框图
1、电机模块
方案一：采用28BYJ-48减速步进电机，其中间部分是转子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。由于步进电机的驱动电流较大，转动速度较慢单片机不能直接驱动。所以我们放弃了此方案。
方案二：采用普通步进电机，其转动力较大，调整木板角度精确，在调整过程中性能较平稳。趋于性能较好。
基于上述考虑，选用方案二。
2、驱动模块
方案一：若采用L298驱动，它的接口简单，操作方便，带负载能力强等特点，但是它主要应用于高速大功率电机，对于小型的电机提供的动力太大，反而使系统不太稳定;另一方面，L298的电路焊接复杂，对于简单的步进电机不太实用。经过讨论我们放弃了此方案。
方案二：采用三极管自己组成驱动电路，但是这种电路会非常麻烦，而且可靠性也会降低，所以我们放弃此方案。
华大影院方案三：ULN2003它的功能和L298的功能一样强大，但是ULN 2003的电路非常简单，相对于L298要稳定的多。是很适合自由摆得电机驱动的。
基于上述考虑，选用方案三。
3、平衡检测模块
方案一：采用水银开关检测平板平衡点。其内部是由两根导线组合而成，只要当水银流动到导线的两端即水银把两根导线短接在一起。但当平板平衡时，有可能水银开关还未闭合，可靠性不高。
方案二：采用MMA7361QR加速度传感器检测平板平衡点。此加速度传感器是通过改变重力加速度来改变其输出电压，通过读取输出电压的值来控制小车的速度，有助于电动车到平衡点。
方案三：采用精确算法控制。单片机控制步进电机步进调整，逐步使平板转动至平衡点。但是由于步进电机在逐步调整时，起步具有较大着惯性冲击及震动，忽略各种因素的影响，可能小的调整会造成平板的不平衡。
基于上述考虑，选用方案二。
4、微控制器模块
方案一：采用C8051F020宿州学院学报单片机作为控制核心，C8051F020具有丰富的资源，指令周期短，工作频率快，功耗抵，电压低，完全适合于对小车的控制；具有25MIPS高流水线式8051微控制器内核，带有12位可编程增益放大器的ADC，可实现高精度角度传感器的设计。利用C8051F020内部的PWM模块可以方便和精确的实现对电动车的控制与调整，又可以大大简化外部硬件电路的设计，提高系统的可靠性。
方案二：采用上古音M51系列单片机，虽然价格便宜，但是功能单一，另外51 单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。
基于上述考虑，选用方案一。
二、 理论分析与计算
在这个题目中，难点和重点是要求自由摆上的平板系统可以实时的检测角度值，并做出及时准确的反馈，控制平板上的硬币保持平稳而不掉落。据题目可知，在整个系统中涉及到了硬币的受力分析，单摆和三角函数的相关计算等。因摆杆的摆长为1m左右，故由单摆的周期计算公式T=2∏√（L/g）知（公式中L为摆长，g为当地重力加速度），单摆的周期T约为2S。所以在基础部分第（1）步中可得步进电机币转动360度的时间约为2S搜索 123。
将硬放置在平板上时，由受力分析可知，硬币受到重力，平板的支持力，静摩擦力，而在摆杆的摆动中，硬币在平板上保持平稳需考虑其受到的向心力作用。设摆杆与铅垂线角度为θ，通过几何推导，知平板在摆杆摆动时的最佳角度是与水平线角度也为θ。但考虑到空气阻力的作用，所以真实的平板角度略小于θ，此时硬币比较稳定，不易掉落。
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