2011年全國大學生電子設計大賽的B題是“基于自由擺的平板控制系統(tǒng)”;題目要求設計并制作一個自由擺上的平板控制系統(tǒng),其結構如圖 1 所示。擺桿的一端通過轉軸固定在一支架上,另一端固定安裝一臺電機,平板固定在電機轉軸上;當擺桿如圖 2 擺動時,驅動電機可以控制平板轉動。
本系統(tǒng)以單片機為控制核心,采用增量旋轉編碼器實時采集自由擺旋轉角度及方向,通過步進電機開環(huán)控制平板旋轉角度,以實現控制要求。此外,為方便實驗和調試,專門設計了獨立的單片機角度顯示電路。本設計以旋轉編碼器的脈沖觸發(fā)單片機的中斷來控制平板角度的調整,這種外部事件驅動的程序設計方法能夠及時響應擺桿角度的變化,避免了復雜的定時采樣程序設計,總體程序設計簡潔,響應時間快,控制精度高。在激光筆瞄準時采用了查表法,避免了單片機進行復雜三角函數運算造成的舍入誤差對實驗精度的影響,從而達到了在一個周期里電機精確旋轉一周;平板角度調整速度快,8枚硬幣滑動小無跌落;實時控制激光筆保持靜態(tài)水平誤差在1cm以內;動態(tài)控制誤差在2cm以內的實驗效果。
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