全国大学生电子设计竞赛B题——基于自由摆的平板控制系统的电路方案

简介：
本项目针对全国大学生电子设计竞赛B题，设计了一套基于自由摆原理的平板控制系统电路方案。通过精确的硬件选型与软件算法实现对平台姿态的有效控制，为参赛者提供了一个集创新性、实用性于一体的解决方案。 2011年全国大学生电子设计大赛的B题是“基于自由摆的平板控制系统”。题目要求设计并制作一个安装在自由摆上的平板控制系统，其结构如图所示：摆杆的一端通过转轴固定在一个支架上，另一端则固定连接一台电机。平板被安装在这台电机的转轴上；当摆杆像图2那样移动时，驱动电机可以控制平板转动。 该系统采用单片机作为核心控制器，并使用增量旋转编码器实时采集自由摆的角度和方向信息。通过步进电机进行开环控制来调整平板角度以满足设计要求。为了实验与调试的便利性，还特别开发了独立的单片机角度显示电路。 在本项目中，我们利用旋转编码器产生的脉冲触发单片机中断的方式来调节平板的角度，这种方法能够迅速响应自由摆的变化而无需复杂的定时采样程序。这种外部事件驱动的设计不仅简化了编程流程而且提高了系统的反应速度和精度。 此外，在调整激光笔位置时采用查表法代替直接的三角函数运算以减少舍入误差对实验准确性的影响；从而确保在一个周期里电机精确旋转一周，使平板角度快速准确地得到调节（8枚硬币在滑动过程中无掉落）。该系统还能够实时保持激光笔处于静态水平状态下的误差不超过1厘米，并且动态控制时的误差也不超过2厘米。