2013年电子设计大赛G题总方案及原理图程序

bosnn

本作品以STC12C5A 单片机为核心，对铜板这种小电阻在微弱变化下的精
密测量，以实现对触点的精确定位。用恒流源给覆铜板加稳恒电流，利用电桥
和OP07 对产生的电压信号进行采集和放大。用单片机控制MOS 开关控制覆铜
' H9 C7 J8 p6 J3 w8 Z板四角接线的开闭。制作一个10cm*15cm 的手写绘图板，并对板上任意位置进
5 q& z5 i8 u5 P行坐标读取，分辨率小于10mm，并在12864的LCD 显示器上进行显示。

1 系统方案
本系统主要由铜板模块、信号采集和放大模块、开关控制模块、电源模块，
) _: g; f* n* e; @控制模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 铜板处理的论证与选择
由于测得的铜板电阻太小，现考虑以下方案。
方案一：采用在板上腐蚀网格或者有规律的数学图案， 这种方法有利于增大铜板
" E& g' Y# u* }的测量电阻， 利于在测量过程中电压的获取和计算， 但是这种方案会使板面不够
平稳，如果间隙不够小，就会导致分辨率太低，误差较大。
方案二：在铜板背后加电阻， 可以增大电阻， 但是由于电阻本身大小和要求数量，
没发满足误差的要求。
方案三：利用RC 振荡电路，用公式中的1/R 对铜板电阻进行放大处理，测量。
! \9 ^3 A0 q. G8 m但是测算麻烦，误差较大，且不是线性变化。
方案四：直接使用铜板使用恒流源和电桥法测量小电阻， 对测量电压多级放大输
/ T$ f$ t8 Y# k% c/ [5 O出，实现电压测量。
' F6 E1 G& }5 L1 k" s综合以上三种方案以及题目中的要求，方案一不能使表笔在覆铜板上的任
意位置接触，二三方案误差不好处理，故选择方案四。
, Q; g, E/ F4 ?: P6 c' G+ H1.2 信号采集和放大的论证与选择
) P, T" \  H- r6 {1 @/ @7 y$ G由于信号很小采集和放大都需要认真考虑，现考虑以下方案：
方案一：用恒压源进行采集数据， 并用2 级运算放大器进行放大送入单片机。这
种方法由于铜板电阻太小， 使用恒压源要么电流过大， 要么误差很大没法精确测
( T( r: m) |9 w: |量。
, P8 j+ I( H, {5 |# [  Y9 u方案二：用恒流源进行采集数据， 一级使用电桥进行差分放大， 将差值放大后输
4 }  O# g( c2 k' O5 T入第二级放大，这种方法既便于采集放大，也能提高精度。
' y: w: S2 w/ n  w) Z1 X' w综上我们选择第二种方案。
1.3 开关控制模块的论证与选择
, Z, I3 w$ W% t) W& C9 Z方案一：在铜板4 个脚都采用4 个采集放大电路， 但是由于铜板电阻小， 很容易
由于导线长度的增大使铜板采集的信号误差变大。
5 K3 k  J8 h! L2 v5 l8 J! D( B. F方案二：只用一个采集放大电路，利用以IRF540n 为核心的mos 开关模块，让
3 W& K0 a! U$ v+ Z: E. u- ~7 P单片机通过此开关控制模块对测量线路的开闭进行控制。
( `" G1 r/ @1 _. V1 t5 `8 T方案二既简单也容易控制我们，所以我们选择方案二。
2
1.4 电源模块的论证与选择
5 O+ E, O* k; z6 Q5 n: [, A/ O' _电源模块组要由恒流源，单电源变双电源电路组成。
恒流源是为铜板提供稳恒电流的，以测量电压信号。单变双电源以TDA2030 为
  ^" R; h8 e/ c' F' i7 s) H核心的将赛组能提供的12v 单电源变为± 6v 的双电源。在最这个电源的同时，
# E$ x6 |- _. [6 P2 w' `) _我们加进了为单片机提供5v 电压的电源部分。
1.5 控制系统的论证与选择
方案一：采用51 系列的单片机作为主控器件，使用自己做的最小系统板，用来
# A* }  q5 n1 ?6 R4 K% U; `8 M6 q实现要达到的各种要求。但88888888 是AD 转化需要另外做。此方案规模小，
成本低。
方案二：采用我们此前购买的以STC12 系列的单片机带有10 位的AD 转换作为
主控器件。此方案方便快捷，只需对AD 和单片机进行程序编写。
. A1 z* F/ X8 n  h2 Z2 u综合考虑，我们将方案一备用，采用方案二。
2 系统理论分析与计算
2.1 左右方向及象限位置的确定
我们使用单片机控制开关实现对四角测量的通断，通过用第一角电压减去
& }2 j2 T3 \+ ^8 g, q第二角电压是否大于0 来确定上下方向， 通过第二角和第三角的压差是否大于0
来确定左右方向，然后实现象限位置的确定。
2.2 坐标点测量的方法
% t& s7 m# x9 y6 P2 w5 D我们在测试前将铜板用水将铜板上的氧化膜清除掉，但是由于铜板本身的
各种原因， 铜板上一点到四角的电阻是不均匀的， 没办法实现根据各点电压计算
! V9 R5 f# f8 U+ M距离，于是我们采用事先采集各点电压， 在程序中使用查表的方法进行转换坐标，
, s; |; e/ }( x' s( w这样做尽管需要耗费单片机的内存， 但是这种方法简单可行， 精确度高， 我们采
- s' _! I# b- k2 J% N; X用此方法。
2.3 各点坐标采集的方法
在板子上画好坐标之后我们根据多次测试的结果以每0.5mm 为单位进行多
4 p3 ~7 p( v: t- h& r1 j次采样并取平均值，
$ `% U; n4 j6 `3 d: B然后建立各点的电压值表， 电压值表见表一。把这些数据写入单片机， 当在表笔
接触铜板时，根据输入的电压值查表找到对应的坐标然后送LCD 显示。

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

) F8 e4 P" z. Y8 W0 \7 o7 z; W
' g% N: ]  N+ |3 |

Micheal_zhang

学习一下

l990124

感谢分享

fenglingforever

感谢分享

fenglingforever

楼主厉害