王 宁 段卓琳 周 叶

（大连海事大学轮机学院，辽宁 大连 116026）

1 自由摆的平板系统基本组成原理

根据自由摆的平板控制系统的设计要求，电机控制平板，当摆杆移动时要保持平板的平衡，因此需要采用传感器获得摆杆移动的角度值，再通过电机控制平板旋转相应的角度，从而保持平板的水平位置。其基本组成框图原理如图1所示。

图1

采用日本村田公司的ENV05G 陀螺传感器，安装于平板，以获得平板的位置和姿态信息。

当摆杆移动时，平板的水平位置会发生变化，此信号通过调理电路输入到AD0809 转换器，单片机获得摆杆的变化信息，控制TA8435 芯片，使摆杆上的电机也作相应的旋转，及时调整平板变化位置，从而使平板基本保持水平的位置。

2 硬件电路的设计

硬件电路设计包括：传感器与信号采集电路，单片机控制电机电路。

2.1 传感器与信号采集电路的设计

传感器采用日本村田公司的ENV05G 陀螺传感器，通过检测，测量角度，实现运动物体的位置控制和姿态控制，它具备高可靠性，高精度，快响应，低噪音特点。其输出到传感器外围调理电路，是一个由LM324 运放组成的二阶压控源RC 低通滤波器，信号从同相端输入，具有较高的输入阻抗，放大器的增益为：Auf=1+Rf/R1=1+33kΩ/56kΩ=1.589。输出信号首先经R1/R3分压，分压比为：56/(33+56)= 0.629，调理电路放大倍数为：0.629×1.589=1，传感器信号调理电路输出即为角度传感器能够输出的角度范围值。设计中将角度传感器放在摆杆上，从静止开始来回旋转，即可得到摆杆的实时角速度值，再通过软件处理输出角度值。……