2013年全国大学生电子设计竞赛
简易旋转倒立摆及控制装置(C题)
【本科组】
2013年9月7日
摘要
本题要求设计一个简易旋转倒立摆及控制系统，其中角度传感器、步进电机和单片机
890C521是系统核心部件。系统接收角度传感器反馈的信号，通过PCF8591将接收的信号转换成数字信号，将数值送入单片机中进行计算，可得出摆杆的位置，进而单片机控制步进电机,对摆杆进行控制,达到所要的旋转或者倒立的控制目标。
关键词：简易旋转倒立摆
步进电机
单片机 角度传感器
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目录
1 设计任务及要求 .................................................... 5
1.1 设计任务 .................................................... 5 1.2 基本要求 ................................................... 5 2主控制器件的论证与选择 ............................................ 6
2.1控制器选用 ................................................... 6 2.2控制系统方案选择 ............................................. 6 2.3角度的获取模块论证与选择 ..................................... 6 2.4步进电机及其驱动模块的选择 ................................... 7 2.5 AD/DA的选择 ................................................. 7 3 系统的硬件设计 .................................................... 7
3.1总体电路框图 ................................................. 7 图3-1 系统框图 ..................................................... 8
3.2系统电路与程序设计 ........................................... 9
3.2.1 STC89C52单片机最小系统 ................................ 9 3.2.2 PCF8591模块图如图3-2。 ............................... 10 3.3.3 模块芯片TB6560AHQ原理图如图3-3。 .................... 10 3.3.4 供电电源 .............................................. 11
4系统软件总体设计框图 ............................................. 13 5 测试方案与测试结果 ............................................... 13 6 总结 ............................................................. 15 参考文献 ........................................................... 16 附录 ............................................................... 17
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简易旋转倒立摆及控制装置(C题)
【本科组】
1 设计任务及要求 1.1 设计任务
设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1-1 所示。电动机 A 固定在支架 B 上，通过转轴 F 驱动旋转臂 C 旋转。摆杆 E 通过转轴 D 固定在旋转臂 C 的一端，当旋转臂 C 在电动机 A 驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆 E 在垂直于旋转臂 C 的平面作自由旋转。
图1-1 旋转倒立摆结构示意图
1.2 基本要求
（1）摆杆从处于自然下垂状态（摆角 0°）开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过-60°~ +60°；
（2）从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；
（3）在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近 165°位置，外力撤除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于 5s；期间 旋转臂的转动角度不大于 90°。
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