劉霞

摘 要 電動秋千擺桿角度控制裝置采用STC12C5A6052主控芯片，PWM信號控制電磁鐵線圈中的電流以調(diào)節(jié)磁力，編碼器檢測擺桿擺角，通過數(shù)據(jù)處理，精確控制擺桿擺角和擺動周期。

關(guān)鍵詞 STC12C5A6052 PWM 電磁鐵 編碼器

0引言

電動秋千擺桿角度控制系統(tǒng)不僅要求快速精確地檢測出擺桿角度，還要求鍵盤設(shè)定秋千擺桿角度并能在此角度停止。因此，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)采用以微控制器為核心的智能儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1系統(tǒng)方案設(shè)計

電動秋千擺桿角度控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自由擺動、定角擺動、定周期擺動、定角定周期擺動、擺動突停5種運(yùn)動模式。本裝置可通過鍵盤設(shè)置參數(shù)，使擺桿快速擺動到預(yù)設(shè)位置，并在運(yùn)動過程中實(shí)時顯示擺角。為了精確控制擺桿角度，系統(tǒng)采用電磁控制系統(tǒng)。制作一個電磁鐵，放置在擺桿下端磁鐵的正下方，并在支架和擺桿上安裝紅外對管，用來檢測擺桿是否到達(dá)靜止點(diǎn)。擺桿擺角幅度和周期同時預(yù)置，擺桿由靜止點(diǎn)開始擺動，當(dāng)擺桿穩(wěn)定運(yùn)行后聲光提示，并可在快速平穩(wěn)停在靜止點(diǎn)上。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2硬件電路設(shè)計

2.1微控制器資源分配

采用STC12C5A60S2新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的8051單片機(jī)，其端口資源分配如圖3所示。

2.2磁力控制模塊

采用L298N驅(qū)動器配合STC12C5A60S2輸出的PWM電壓控制信號控制電磁鐵的磁力。磁力控制電路設(shè)計如圖4所示。將L298N的IN1～I(xiàn)N4分別連接到單片機(jī)的P0.0～P0.3口上，通過改變P0.0～P0.3的高低電平控制電磁鐵線圈上電壓的極性，從而改變磁場和磁力方向。ENA和ENB接單片機(jī)的PWM輸出信號，通過調(diào)整占空比，改變電磁鐵線圈上電壓的平均值，控制磁力的大小。

2.3擺角檢測模塊設(shè)計

采用歐姆龍E6A2-CWZ3E 500線增量式編碼器檢測擺桿擺角信息，可將擺角轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸出。電路設(shè)計簡單、角度信息讀取直接。每轉(zhuǎn)一周A、B相端分別輸出500個脈沖。輸出一個脈沖相當(dāng)于（360€？500=0.72€埃誚欠壤礪劬暈蟛?。縺??？

編碼器輸出A、B兩相脈沖互差90€埃煞獎愕嘏卸銑魴較頡5テ枚絲赑3.2和P3.3分別檢測A、B相波形，INTO在脈沖上升沿被觸發(fā)后，檢測P3.3上B脈沖的電平狀態(tài)，若B脈沖是低電平則編碼器正轉(zhuǎn)，擺角角計數(shù)器作加法計數(shù)；否則編碼器反轉(zhuǎn)，擺角角計數(shù)器作減法計數(shù)。

2.4鍵盤接口電路的設(shè)計

設(shè)計采用由5個按鍵構(gòu)成的獨(dú)立式鍵盤，按鍵功能如下：S1—確認(rèn)；S2—模式選擇；S3—擺角幅度/擺動周期設(shè)置；S4—擺角幅度/擺動周期“+”，每按一下，角度+5€？周期+0.5s；S5—擺角幅度/擺動周期“-”，每按一下，角度-5€？周期-0.5s。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序設(shè)計中，先對系統(tǒng)初始化，再判斷鍵盤按鍵，根據(jù)按鍵所對應(yīng)的5種擺動模式，實(shí)現(xiàn)對擺桿的自動控制。其中：模式1——自由擺動；模式2——定角擺動；模式3——定周期擺動；模式4——定角定周期擺動；模式5——擺動突停。主程序流程圖如圖5所示。

4結(jié)語

電動秋千擺桿角度控制系統(tǒng)設(shè)計將模電、數(shù)電、單片機(jī)、傳感器、智能儀器等課程有機(jī)結(jié)合起來，是綜合性較強(qiáng)的教學(xué)案例，可用于我院電子信息專業(yè)學(xué)生的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計課題等方面。

參考文獻(xiàn)

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