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作者：西安工业大学 杨宁娟 杨沛敏 朱兰兰

指导老师：张立广 许韫幍

作品简介：

　　1、结构设计

　　该系统包含如下部分：

　　1、控制器：IAP15F系列单片机。

　　2、传感器：三(六)轴陀螺仪(方向角度传感器)MPU6050;

　　3、伺服机构：步进电机(两相六线，含驱动板);导管;

　　空气套筒(液压筒)【包含主动筒和被动筒，主动筒作为气泵(液压泵)，被动筒作为支撑结构】;

　　4、总线：I2C总线。

　　5、控制和显示：调整支撑点的高度，可对水平仪进行校准，通过12864液晶显示屏显示水平仪的工作状态(为了显示更多的数据，使系统达到更理想的效果，特采用12864液晶替换1602液晶显示)。

　　2、主要通途：

　　光学仪器主动平衡系统、汽车主动式底盘悬挂系统、可移动的弹道导弹发射平台主动平衡控制等。

平台选型说明：

　　此次我们选用的是STC15F系列IAP2K61S2单片机。

　　STC15F2K60S2系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期的单片机。是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。采用第八代加密技术，加密型超强，指令代码完全兼容传统的8051，速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，+/-1%温漂，常温下温漂5%，5MHz~35MHz宽范围可设置，可彻底省去昂贵晶振电路和外部复位电路。我们选用的STC15F系列IAP2K61S2单片机还有以下几个原因：

　　1. 它的存储容量大，考虑到之前用到的STC8952单片机，flash才有8K，构建多个点阵字模都会显得捉襟见肘。

　　2. 不用外接晶振电路和复位电路，这将节省了电路板的空间。

　　3. 接口丰富，因为需要与ARM进行通讯，STC15F2K60S2有两个独立串口。

　　4. 有PWM控制输出模块，4个中断，完全满足机器人的电机驱动和传感器的控制。5. 一般都是LQFN-44封装，小指指甲那么大的面积，很容易手工焊接。

设计说明：

　　一、系统框图

　　二、控制器

　　1、IAP15F系列单片机介绍

　　STC15F系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代805 单片机，采用STC第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，±1%温飘，常温下温飘5‰，5MHz~35MHz宽范围可设置，省掉昂贵的外部晶振。3路PWM/PCA，8路高速10位A/D转换(30万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合。 它的存储容量大 ;不用外接晶振电路和复位电路，这将节省了电路板的空间;接口丰富，因需与ARM进行通讯，STC15F2K60S2有两个独立串口; 有PWM控制输出模块，4个中断，完全满足我们所需的电机驱动和传感器的控制;一般都是LQFN-44封装，小指指甲那么大的面积，很容易手工焊接。

　　三、MPU6050介绍

　　MPU-6050为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的包装空间。MPU-6050的角速度全格感测范围为±512/sec (dps)，可准确追综快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI。MPU-6000可在不同电压下工作，VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%，逻辑接口VVDIO供电为1.8V± 5%。MPU-6050的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN)，尺寸较小，易于使用。

　　在姿态传感器上，测得的加速度A(X，Y，Z轴加速度)是重力G在其平面上的投影(即为姿态传感器测得的角度θ的正弦值)，(如下图)，因为姿态传感器角度极限是±512单位，所以这里我们作归1化处理，用加速度分量值A同时除以512，所得的值在±1之间变化，正弦值满足单调变化，而所得的反正弦值在±90度之间变化，这样所得角度值为实数，我们要表示成角度，就必须做下面的变换：

　　A=arcsin(采样值/512)*180°/π

　　四、液压传动部分

　　由于实验环境的限制，我们采用空气套筒(液压筒，一个20ml和一个30ml的注射器用软管相连)代替实际的液压传动部分(包含主动筒和被动筒)，主动筒作为气泵(液压泵)，被动筒作为支撑结构，一旦系统设定预设值，电动机带动主动筒，主动筒把压力传给被动筒，从而控制平台上下移动，让其达到预期的结果。

　　五、12864A液晶部分

　　1. 12864的基本参数及引脚功能

　　12864A-1图形点阵液晶显示模块。

　　2.主要技术参数和显示特性:

　　逻辑工作电压(VDD)：4.5～5.5V 电源地(GND)：0V

　　工作温度(Ta)：0～60℃(常温) / -20～75℃(宽温)

　　显示内容：128 列× 64 行

　　显示角度：6：00 钟直视

　　LCD 类型：STN

　　与 MCU 接口：8 位或 4 位并行/3 位串行

　　配置 LED 背光

　　多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等

　　六、电机部分

　　电机选用两相六线步进电机(47步进电机)

　　参数如下：

　　1. 步进角1.8度

　　2. 额定电流：1.5A

　　3. 供电电源24V

　　4. 扭矩：1.2N·M

　　七、附图

　　1.显示、键盘、电机及电机驱动部分

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