刘霞

摘 要 电动秋千摆杆角度控制装置采用STC12C5A6052主控芯片，PWM信号控制电磁铁线圈中的电流以调节磁力，编码器检测摆杆摆角，通过数据处理，精确控制摆杆摆角和摆动周期。

关键词 STC12C5A6052 PWM 电磁铁 编码器

0引言

电动秋千摆杆角度控制系统不仅要求快速精确地检测出摆杆角度，还要求键盘设定秋千摆杆角度并能在此角度停止。因此，系统设计应采用以微控制器为核心的智能仪器结构设计。

1系统方案设计

电动秋千摆杆角度控制系统可实现自由摆动、定角摆动、定周期摆动、定角定周期摆动、摆动突停5种运动模式。本装置可通过键盘设置参数，使摆杆快速摆动到预设位置，并在运动过程中实时显示摆角。为了精确控制摆杆角度，系统采用电磁控制系统。制作一个电磁铁，放置在摆杆下端磁铁的正下方，并在支架和摆杆上安装红外对管，用来检测摆杆是否到达静止点。摆杆摆角幅度和周期同时预置，摆杆由静止点开始摆动，当摆杆稳定运行后声光提示，并可在快速平稳停在静止点上。系统框图如图1所示。

2硬件电路设计

2.1微控制器资源分配

采用STC12C5A60S2新一代高速、低功耗、超强抗干扰的8051单片机，其端口资源分配如图3所示。

2.2磁力控制模块

采用L298N驱动器配合STC12C5A60S2输出的PWM电压控制信号控制电磁铁的磁力。磁力控制电路设计如图4所示。将L298N的IN1～IN4分别连接到单片机的P0.0～P0.3口上，通过改变P0.0～P0.3的高低电平控制电磁铁线圈上电压的极性，从而改变磁场和磁力方向。ENA和ENB接单片机的PWM输出信号，通过调整占空比，改变电磁铁线圈上电压的平均值，控制磁力的大小。

2.3摆角检测模块设计

采用欧姆龙E6A2-CWZ3E 500线增量式编码器检测摆杆摆角信息，可将摆角转换为脉冲信号输出。电路设计简单、角度信息读取直接。每转一周A、B相端分别输出500个脉冲。输出一个脉冲相当于（360€？500=0.72€埃诮欠壤砺劬晕蟛睢？€啊？

编码器输出A、B两相脉冲互差90€埃煞奖愕嘏卸铣鲂较颉5テ枚丝赑3.2和P3.3分别检测A、B相波形，INTO在脉冲上升沿被触发后，检测P3.3上B脉冲的电平状态，若B脉冲是低电平则编码器正转，摆角角计数器作加法计数；否则编码器反转，摆角角计数器作减法计数。

2.4键盘接口电路的设计

设计采用由5个按键构成的独立式键盘，按键功能如下：S1—确认；S2—模式选择；S3—摆角幅度/摆动周期设置；S4—摆角幅度/摆动周期“+”，每按一下，角度+5€？周期+0.5s；S5—摆角幅度/摆动周期“-”，每按一下，角度-5€？周期-0.5s。

3系统软件设计

主程序设计中，先对系统初始化，再判断键盘按键，根据按键所对应的5种摆动模式，实现对摆杆的自动控制。其中：模式1——自由摆动；模式2——定角摆动；模式3——定周期摆动；模式4——定角定周期摆动；模式5——摆动突停。主程序流程图如图5所示。

4结语

电动秋千摆杆角度控制系统设计将模电、数电、单片机、传感器、智能仪器等课程有机结合起来，是综合性较强的教学案例，可用于我院电子信息专业学生的课程设计、毕业设计课题等方面。

参考文献

[1] 胡宴如.模拟电子技术基础（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 张晓艳.电磁控制运动装置的设计[J].天津职业大学学报，2013（12）：43-44.

[3] 林颖才.增量式编码器自动检测系统[J].电子测量与仪器学报，2012（11）：993-998.