（文章來源：電氣新科技）

本文采用角度傳感器，運算放大器，AD轉換器采集平板變化信息，通過單片機，產生脈沖信號，控制電機模塊驅動步進電機帶動平板轉動，擺桿角度越大步進電機轉過的角度越大，從而控制平板狀態(tài)基本保持水平，實現(xiàn)自由擺得平板控制。

自由擺的平板系統(tǒng)基本組成原理，根據自由擺的平板控制系統(tǒng)的設計要求，電機控制平板，當擺桿移動時要保持平板的平衡，因此需要采用傳感器獲得擺桿移動的角度值，再通過電機控制平板旋轉相應的角度，從而保持平板的水平位置。其基本組成框圖原理如下：

采用日本村田公司的ENV05G陀螺傳感器，安裝于平板，以獲得平板的位置和姿態(tài)信息。當擺桿移動時，平板的水平位置會發(fā)生變化，此信號通過調理電路輸入到AD0809轉換器，單片機獲得擺桿的變化信息，控制TA8435芯片，使擺桿上的電機也作相應的旋轉，及時調整平板變化位置，從而使平板基本保持水平的位置。

硬件電路設計包括：傳感器與信號采集電路，單片機控制電機電路。傳感器采用日本村田公司的ENV05G陀螺傳感器，通過檢測，測量角度，實現(xiàn)運動物體的位置控制和姿態(tài)控制，它具備高可靠性，高精度，快響應，低噪音特點。

其輸出到傳感器外圍調理電路，是一個由LM324運放組成的二階壓控源RC低通濾波器，信號從同相端輸入，具有較高的輸入阻抗，放大器的增益為：Auf=1+Rf/R1=1+33k/56k=1.589。輸出信號首先經R1，R3分壓，分壓比為：56/(33+56)=0.629調理電路放大倍數為：0.629*1.589=1，傳感器信號調理電路輸出即為角度傳感器能夠輸出的角度范圍值。設計中將角度傳感器放在擺桿上，從靜止開始來回旋轉，即可得到擺桿的實時角速度值，再通過軟件處理輸出角度值。

由于陀螺儀傳感器輸出為模擬信號，處理器單片機要想使用其提供的信息，必須進行A/D轉換，把模擬信號轉變?yōu)?a target="_blank">數字信號，從而實時得到角速度值。將運算放大器Vout輸入給0809的IN0，將電壓模擬信號轉變?yōu)榕c之對應相等的數字信號，輸入給單片機進行數據處理。OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。

AD0809的數據輸出公式為：Vout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin為輸入模擬電壓，Vout為輸出數據。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。CLK為時鐘輸入信號線。ADC0809內部無時鐘電路，本設計中用單片機給ADC0809提供時鐘信號，減少硬件電路。將A/D轉換輸出OUT口與單片機P2口相連，單片機接收的輸入數字角速度量。

電機選擇42BYGHW208型步進電機，此電機是兩相四線制，體型較小，力矩可以滿足要求。步進電機整步工作情況下，距角為1.8°，所以一個脈沖使電機轉動1.8°。單片機電路，AD換后的數字信號交由單片機處理。由θ傳=θ電機 ，通過控制步進電機輸入脈沖頻率控制其轉動的角度，即可以基本實現(xiàn)要求，使平板在擺桿一個周期內轉一圈，五個周期轉五圈，也可以保持電機角度與擺桿角度相等，以此實現(xiàn)基本要求，使平板保持水平，實現(xiàn)硬幣不能掉下的任務。

使平板隨著擺桿的擺動而旋轉：預計擺桿擺動一個周期所需的時間t，以此作為平板旋轉一周的時間，則電機的角速度為360/t deg/s，因為電機步進角為1.8度，故所需脈沖頻率360/(t*1.8)。以此計算出定時器的中斷次數N，即可控制平板隨著擺桿的擺動而旋轉，擺桿擺一個周期，平板旋轉一周。

使平板保持水平：開始——傳感器電壓增加——單片機控制電機左轉，根據傳感器輸出電壓幅值大小確定定時器定時時間，從而確定頻率，從而控制步進電機的轉速。用手推擺桿至50度，激光筆照射程序：推動擺桿至某一固定位置，由三角形角度關系及正余弦定理確定電機所需旋轉角度，從而確定電機所需脈沖數目。由單片機產生100HZ的定時中斷，由程序設置中斷的數目，從而控制步進電機轉過的角度。
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