2013全國電子設(shè)計(jì)大賽旋轉(zhuǎn)倒立擺

1、目錄目錄第一章系統(tǒng)方案比較與選擇...................................................................................................31.1總實(shí)現(xiàn)方案................................................................................................

2、................31.2主控制器方案比較與選擇.........................................................................................3第二章理論分析與計(jì)算.........................................................................................

3、.................52.1編碼器脈沖轉(zhuǎn)換角度設(shè)計(jì).........................................................................................52.2搖擺及圓周算法設(shè)計(jì)......................................................................................

4、..........52.3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電機(jī)選型.........................................................................................62.4PID算法設(shè)計(jì)...............................................................................................

5、............7第三章系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)..................................................................................................................93.1系統(tǒng)主板工作原理........................................................................

6、...........................9第四章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)..............................................................................................................104.1系統(tǒng)總體模塊圖.............................................................

7、......................................104.2系統(tǒng)總流程圖.........................................................................................................10第五章系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果......................................................

8、......................................................115.1傳感器角度測(cè)試...................................................................................................115.2搖擺及圓周運(yùn)動(dòng)測(cè)試.........................................

9、....................................................115.3倒立擺測(cè)試.............................................................................................................12第六章誤差分析........................................

10、............................................................................136.1整體的誤差分析...................................................................................................136.2軟件引起的算法誤差分析.................

11、...................................................................13第七章參賽感悟....................................................................................................................14第一章第一章系統(tǒng)方案比較與選擇系統(tǒng)方案比較與選擇1.

12、1總實(shí)現(xiàn)方案總實(shí)現(xiàn)方案方案一：用陀螺儀和加速度計(jì)通過卡爾曼數(shù)據(jù)融合得到角度，用此處的角度為載體用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并調(diào)整電機(jī)。方案二：用電位器做角度傳感，通過單片機(jī)自帶ADC來讀取電位數(shù)值以此為依據(jù)來判斷角度，并調(diào)整電機(jī)。方案三：用編碼器做角度傳感器，通過讀取編碼器的輸出脈沖來計(jì)算角度傳感器的輸出角度，用此角度做處理調(diào)整電機(jī)。通過對(duì)兩個(gè)方案的對(duì)比選擇，方案一中的加速度計(jì)和陀螺儀算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，我們?cè)谌谌肟柭鼮V波后有明顯濾波效果，但是由

13、于圓周運(yùn)動(dòng)，會(huì)使得各個(gè)方向軸返回的數(shù)據(jù)出錯(cuò)，且波動(dòng)大，會(huì)減弱卡爾曼的濾波效果，對(duì)于pid的精準(zhǔn)調(diào)整還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期。在方案二中，考慮到電位器內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題，雖然理論上電位器在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中是線性的，但是考慮到每次?？康碾娮栉豢赡軙?huì)產(chǎn)生誤差，最后考慮到我們最終選定的單片機(jī)ADC只有10位，在方案三中，由于實(shí)現(xiàn)編碼器的功能實(shí)現(xiàn)方便簡(jiǎn)單，并能更多的趨近于精確值，因此最后我們采用了方案三。1.2主控制器方案比較與選擇主控制器方案比較與選擇為了完成在

14、短時(shí)間快速采集并計(jì)算角度，主控器件必須有較高的CPU工作頻率和存儲(chǔ)空間。方案一：采用51系列加強(qiáng)型STC12C5A60S2作為主控器件，用來實(shí)現(xiàn)題目所要求的各種功能。此方案最大的特點(diǎn)是系統(tǒng)規(guī)?？梢宰龅煤苄?，成本較低。操作控制簡(jiǎn)單。但是，我們?cè)诶脝纹瑱C(jī)處理高速信號(hào)快速掃描及電機(jī)控制時(shí)顯得吃力，51系列單片機(jī)很難實(shí)現(xiàn)這一要求。方案二：采用ATMEL公司的AVR系列ATMEGA128A單片機(jī)為核心控制器件，MEGA128A有8個(gè)外部中斷，中