中华文本库 地址http://www.chinadmd.com/file/6cxs6xrvue3xseowizzoztuv_1.html 2013年全国电子设计大赛C题 设计报告 2013年全国大学生电子设计竞赛
题目：简易旋转倒立摆及控制装置（C题）
参赛学校：江苏师范大学
队伍编号：XZ 015
参赛队员：徐园明、刘海腾、黄波 指导教师：朱士虎 、王立巍
2013年9月7日
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2013年全国电子设计大赛C题 设计报告 目录
摘
要.................................................................1 Abstract.............................................................1
1方案论证与
较......................................................2 比
1.1电机类型的论证与选择............................................2
1.2单片机的论证与选择..............................................2
1.3电机驱动电路的论证与选择........................................2
1.4角度传感器的论证与选择..........................................3 2系统实现方框图和
计............................................4 电路设
2.1系统总体框架图和实物构架图......................................4
2.2硬件电路设计....................................................5
2.2.1电位器电路...................................................5
2.2.2显示模块的电路...............................................5
2.2.3电机驱动电路.................................................6 3系统软件
计........................................................7 设
3.1精密电位器误差计算..............................................7
3.2倒立摆控制策略..................................................7
3.3系统流程图......................................................9 4测试方案与测
果.................................................10 试结
4.1测试仪器.......................................................10
4.2测试结果.......................................................10
4.3测试结果分析...................................................11 参考
献............................................................12
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文
中华文本库 地址http://www.chinadmd.com/file/6cxs6xrvue3xseowizzoztuv_3.html ：2013年全国电子设计大赛C题 设计报告 摘 要
本文以STC12C5A60S2单片机为控制核心，通过角度传感器实时检测出倒立摆的位置并由单片机计算，计算PID控制算法，实现对直流电机转速的控制，达到倒立摆的动态平衡。同时系统可以通过键盘设定运行模式和相关角度值，倒立摆运行角度和运行时间由液晶显示，具有较好人机界面。系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
关键字：STC12C5A60S2 倒立摆 PID
Abstract
This paper takes STC12C5A60S2 single chip as the control core,Through the real-time detection of the inverted pendulum's position and angle sensor is composed of a single chip computer calculation,Calculation of PID control algorithm,Control the speed of the DC motor,To achieve the dynamic balance of the inverted pendulum.At the same time the system can be set through the keyboard operation mode and related angle values.Inverted pendulum movement angle and running time by the liquid crystal display,With good man-machine interface.The system has the advantages of simple structure design,Low production cost,High control precision.
Keyword: STC12C5A60S2 level inverted pendulum PID
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中华文本库 地址http://www.chinadmd.com/file/6cxs6xrvue3xseowizzoztuv_4.html ：2013年全国电子设计大赛C题 设计报告 1 方案论证与比较
1.1电机类型的论证与选择
方案一：采用步进电机。步进电机具有动态响应快、易于起停，易于正反转及变速的优点。但缺点是它以步进式跟进，角度小于一个步距角时是系统响应盲区，而且经过测试步进电机在控制旋转臂时，抖动性大并且容易出现卡顿现象，所以不适合单摆的控制。
方案二：采用直流减速电机。扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点。
综合比较以上两种电机，结合设计所需平稳的控制摆杆处于竖直状态，故选择直流减速电机。
1.2单片机的论证与选择
方案一：采用AT89C52单片机。AT89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
方案二：采用STC89C52单片机。STC系列单片机具有低功耗、高速度、超强抗干扰等优点，具有32K可编程Flash存储器。
方案三：采用STC12C5A60S2单片机本身带有有8路十位AD转换和2路PWM，而且处理速度比一般单片机要快，精度高。
综合比较以上三种单片机。为了更方便、高精度、高速度地控制系统，完成题目要求，故选择STC12C5A60S2单片机为主控芯片。
1.3电机驱动电路的论证与选择
方案一：使用L298N芯片。L298N是一种高电压、大电流电机驱动芯片，最高工作电压可达46V，峰值电流可达3A，持续工作电流为2A。可以通过I/O口提供信号方便地控制直流电机或步进电机，但是容易发烫。
方案二：使用BTS7960芯片。BTS7960芯片是集成的大电流半桥驱动，其内部包含一片NMOS、一片PMOS和一片半桥门集驱动。其输入信号为标准的TTL电平，直接与单片机相连就可以，降低系统的不稳定因素，而且可以用PWM调速。 2
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2.2.3电机驱动电路
图5电机驱动电路图
图5中通过 PWM1和PWM2 进行调速和左右转动。
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