2023年全国大学生电子设计竞赛作品.doc

本系统电路连接及硬件资源分派见图4.1所示采用AT89S51单片机作为核心器件，多圈电位器为悬挂物体位置采集器件，通过ADC0832转换位数字信号送入单片机解决，L298作为直流电机的驱动模块，以MAX7219驱动的LED显示和4×4键盘作为人机接口4.2 寻轨迹控制策略根据题目的规定，悬挂物沿曲线运动的轨迹分为两段，连续段和间断段可采用4个光电一体化传感器TCRT5000作为检测元件，其放置方式如图4.2所示寻找黑线策略，采用模糊寻找的方式，一方面物体从坐标（0，8）运营到坐标（80，8），检测这之间有无黑线，如无，则从坐标（80，16）运营到坐标（0，16），再检测这之间有无黑线，如有，则从坐标（0，12）运营到（80，12），检测，假如没有检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，14）运营到（80，14）；假如检测到黑线，再进一步缩小范围从（80，10）运营到（80，10），当检测到黑线时就停下，此处将是黑线起点；假如没有检测到黑线则返回从（80，12）运营到（0，12）检测到的黑线即为黑线起点以同样的运营检测方式即可寻找出黑线的起点在连续段寻迹时，通过判断四个传感器的16种组合状态，使电机作出相应的伸缩动作。

当轨迹为间断线时，电机拉动传感器在大角度方向内位移，直到在某一方向检测到新的黑线为止然后再调用连续段的寻迹程序4.3 系统各模块单元电路设计4.3.1 电源部分电路设计本系统中使用了直流12V电机，其额定工作电压为12V，而单片机额定工作电压为5V，所以电路中采用了7805和7812作为稳压模块，其最大输出电流为1.5A，满足系统电机驱动电流的规定，其电路如图4.3.1所示　4.3.2 电机控制模块设计物体运动的轨迹由电机的转速和转向决定，电机的转速和转向的控制是通过多圈电位器对滑轮所转的圈速进行检测，同时通过另一个计数器对时间进行测量，结合两个计数器的值，由单片机计算出电机的速度，而物体运动的轨迹的里程由滑轮的周长和所转的圈数来计算本系统由单片机直接产生PWM信号，当单片机接受到相应的检测信号时，单片机转到中断口解决信息，PWM信号处在停发状态将单片机产生的PWM信号经光电隔离器耦合后，控制L298驱动芯片来控制电动机的正反转、启动、制动原理图如4.3.2所示单片机将P1.2、P1.5作为输出控制使能端,,P1.2、P1.6作为电机一的控制端,P1.3、P1.5作为电机二的控制端L298的两个控制端（C、D）的工作情况由表4.3.1列出（Ven为使能端）。

表4.3.1 L298控制表输入功能Ven=HC=H;D=L正转C=L;D=H反转C=D制动Ven=LC=×D=×停止4.3.3 电机速度采集设计上面在方案论证中已经提出电机速度的数据采集是通过检测滑轮上的转速来得到电机的速度如图4.3.3所示，速度采集系统中使用多圈电位器即图中W1、W2进行检测，然后通过ADC0832进行转换ADC0832是一个8位双通道A/D转换器件选用的多圈电位器为10圈、47KΩ，动滑轮直径为5cm，则旋转一圈的线长为：L=5π由ADC0832的分辨率得出，采集到最小线位移为：l=L/28当电机开始运营时，拖动滑轮转动，多圈电位器和滑轮同步转动，从而改变多圈电位器的输出电压，A/D转换器将多圈电位器的输出电压转换成数字信号送给单片机解决，从而实现对滑轮运转情况精确采集4.3.4 寻迹部分电路设计根据设计任务，悬挂物体要沿着黑线运营，采用反射式光电传感器进行探测光电传感器的硬件设计如图4.3.4所示电压比较器LM393的同相输入Ⅴin拉低，输出为低电平当检测到黑线时，接受管截止，同相输入Ⅴin为高，比较器输出为高电平本系统中四个传感器的OUT分别连接P1.0～P1.3。

4.3.5 显示模块设计显示部分电路由MAX7219、数码管组成采用6个LED管进行X轴坐标显示、Y轴坐标显示其电路图如4.3.5所示4.3.6 键盘模块电路设计图4.3.6 4×4键盘电路原理图根据设计需求，本系统中使用了标准的4×4键盘，其电路原理图如图4.3.6所示图中C1～C4为4×4键盘的列信号，L1～L4为4×4键盘的行信号在本系统中，用P0.0～P0.3连接键盘的列信号C4～C1；用P0.4～P0.7连接键盘的行信号L4～L1在本系统中，S1～S3、S5～S7、S9～S11、S13为数字键，如图2.8，S4、S8、S12、S14～S16为功能键，S2、S5、S7、S10为双功能键重要功能如图4.3.7所示  12↑3方式4←56→X78↓9Y0设立启动确认图4.3.7 4×4键盘功能图 设立键：手动对位或任意设定坐标点参数键，按下后用上、下、左、右键可进行手动对位控制，然后按确认键确认，图4.3.8所示图4.3.8 设立键操作图方式键：一方面按下方式键，然后按数字键选择方式再确认，方式有以下几种：方式1：归位，让物体自行回到原点方式2：作自行设定的运动方式3：画圆，一方面运用数字键设立圆半径进行确认后，再按启动键运营。

方式4：定点运动，一方面运用数字键设立一个坐标点的X、Y值进行确认后，再按启动键运营方式5：寻迹，一方面让物体运营在轨迹起点，按下启动键开始寻迹图4.3.9所示，表达了几种方式的操作图4.3.9 方式键操作图启动键：用于所选运营方式的开始运营控制键确认键：用于设立、X 、Y、方式输入值的拟定。