帆板控制系统 毕业设计

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1、帆板控制系统目录1.系统方案41.1主控制器的选择41.2电源模块的选择51.3角度信号采集模块的选择51.4A/D转换模块的选择61.5驱动模块的选择61.6显示模块的选择62系统理论分析与计算73硬件电路设计73.1系统硬件的基本组成73.2：硬件电路模块设计83.2.1主控制电路设计83.2.2驱动模块电路设计93.2.3采集模块电路设计93.2.4显示模块电路设计103.2.5电源模块电路设计114.软件设计114.1程序的设计114.2.1程序功能描述与设计思路114.2.2程序流程图125测试方案与

2、测试结果135.1测试方案135.2测试条件与仪器135.3测试结果及分析135.3.1测试结果135.3.2测试分析与结论15摘要该系统为一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小改变帆板角度。为了满足帆板控制系统的设计要求，进行了各单元模块的比较论证及确定，本系统以宏晶科技的STC12C5A60S2单片机作为系统的核心控制芯片，选用HQ7101模拟三轴加速度传感器模块来测量帆板转动的角度，灵敏度高，满足对角度的准确测量。对于关键的电机驱动电路，经过充分的比较与论证，最终选用驱动模块L298N，通过

3、单片机输出PWM脉冲，更好地实现了电机的调速；并且加入PID控制，实现了控制角度的优化。系统显示部分采用12864液晶显示，串行接口，编程容易，并且现实的信息量大。关键词：STC12C5A60S2、HQ7101、PID控制、PWM脉冲、L298N1.系统方案本系统主要由主控制模块、驱动模块、采集模块、显示模块、电源模块组成，系统框图见图F-1所示。图F-1系统总框图该系统的工作原理是：通过调节装置（单片机）控制电机驱动芯片L298N,控制电机带动风扇的转动（通过调节PWM调节电机的转速），使帆板与竖直平面达到到

4、一定的夹角，通过角度传感器不断测量帆板的转角（即实际转角），该实际转角与给定转角作比较，形成转角偏差，通过直流电机控制风扇的转速，通过PID控制不断修正该转角偏差，最终使转角保持在给定范围之内。1.1主控制器的选择方案一：采用FPGA作为系统的控制器。　　FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，同时由于芯片的引脚较多，电路板布线复杂，加大了电路设计和实际焊接的工作量。方案二：采用AT89C51系列的单片机作为主控制器51系列芯片

5、目前使用范围最广，价格便宜，但速度较慢，数据量大时速度难以满足要求。而且其功能单一，需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。方案三：采用STC12C5A60S2位控制芯片STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，而且体积小、性能高，适合用于高速测量。综合以上三种方案，选择方案三。1.2电源模块的选择方案一：所有器件采用单一电源(5节五号电池)。供电较简单，但由

6、于电动机启动瞬间电流很大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，严重时可能会造成单片机系统掉电，且容易没电，使之不能完成题目的要求。方案二：使用交流电220v供电，搭建独立电源模块，经变压器变压后，再用7812、7805芯片进行稳压。5V电源为单片机及其他传感器、显示屏等模块供电。使用220v交流电不仅能保证电量充足，而且相对于干电池有恒定的电压和电流。综合以上两种方案，故拟采用方案二。1.3角度信号采集模块的选择方案一：使用无触点磁敏电位器自制重锤角度传感器。该角度传感器安装在帆板上，当帆板处在非平衡状态时，帆板的倾

7、斜角度反映在重锤的转角上，再通过A／D转换将角度信号采集到处理器中进行相关的处理。但在本设计中要使帆板达到一定的角度就要克服传感器的重量，而这样会大大的增加帆板的负重，影响设计效果。方案二：采用HQ7101模拟三轴加速度模块。此传感器功耗电流降低至200μA，比同类器件的功耗典型值低50%，测量动态范围是±3g，具有10000g额定耐冲压强度,具有良好的0g偏压稳定性和良好的灵敏度，且该传感器灵敏度高、体积小、质量轻且易操作，所以该传感器能很好的测量帆板转动角度，根据本题的要求，选择第二种方案。1.4A/D转换

8、模块的选择方案一：TLC1543美国TI司生产的多通道10位模数转换器。采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点，可广泛应用于各种数据采集系统,但其AD转换精度不能满足该系统对帆板角度的准确测量。方案二：AD7715是美国ADI公司生产的16位模数转换器，采用单一5V或3V电源供电,可用最少数量的口线与单片机或微处理器相接,适用于单通道低速小信号采样的应用场合