帆板控制标准系统

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1、2011年全国大学生电子设计竞赛设计报告帆板控制系统（F题）【高职高专组】2011年9月6日17/20摘要为满足赛题系统设计要求，设计采用NXP公司32位微处理器LPC1758为核心控制芯片，用开关芯片IR2104和场效应管IRF540等元件搭建半H桥同时驱动两个直流风扇。控制芯片控制风扇转动，风扇转动使帆板发生角偏移，固定在帆板转动轴上的角位移传感器随着帆板转动而产生角度变化，角度传感器的输出信号为一个模拟的电压信号，该模拟电压信号将实时反馈给控制芯片自带的A/D模块输入引脚，控制芯片利用其A/D模块将采集到的角度变化——本

2、质上是模拟电压,实时显示在液晶显示器上，并通过与设定的角度进行比较，若采集到角度和设定角度不同，控制芯片则以PWM脉宽调制方式控制流过直流风扇的电流，从而调节控制风扇的风力，使帆板偏移角度稳定在设定角度范围内，以实现闭环回路控制。通过按键模块，可设定帆板产生0-60°角度偏移。通过PID算法控制，可在低于10S的时间内，将帆板稳定在大约45°的位置，在7-15cm内，改变风扇与帆板垂直距离，同样能实现赛题要求。系统在完成基本要求的基础上，进一步完成了发挥部分所有要求。关键词：LPC1758；角偏移传感器；PWM；闭环控制；17

3、/20目录1系统设计任务及要求11.1系统设计任务11.2系统设计要求11.2.1系统设计基本要求11.2.2系统设计发挥部分要求22系统方案论证与比较22.1系统整体方案论证与比较22.1.1核心控制器方案论证与选择32.1.2直流风扇驱动模块方案论证与选择32.1.3角度信号检测方案论证与选择42.1.4电源模块方案论证与比较42.1.5显示模块方案论证与选择52.1.6声光提示模块方案论证与选择52.1.7键盘模块方案论证与选择52.2系统控制方案62.2.1风扇控制部分62.2.2键盘、显示控制部分63系统单元电路设计

4、及理论计算63.1核心控制系统电路设计63.2直流风扇电机驱动电路设计83.3角度测量原理83.4帆板模型设计83.5电源模块电路设计93.6显示模块及主控板母版电路设计93.7声光提示模块电路设计104系统软件设计114.1角度测量程序框图114.2调整风扇风力程序框图125系统测试135.1测试仪器135.2系统测试、结果分析135.2.1用手转动帆板测试135.2.2间距d=10cm，键控风力，使帆板0-60°范围偏转145.2.3间距d=10cm，帆板稳定到45°所用时间145.2.4间距d=10cm，通过按键设置帆板

5、偏转角度在0-60°，测量系统所需时间155.2.5间距d在7-15cm范围内，键盘设置0-60°，帆板测量达到所需时间156系统任务完成情况156.1基本要求部分任务实现情况156.2发挥部分任务实现情况167总结168参考文献1617/201系统设计任务及要求1.1系统设计任务设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角θ，如图1-1-1所示。图1-1-1帆板控制系统示意图1.2系统设计要求1.2.1系统设计基本要求（1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角θ。显示范围为0~60°，分辨力

6、为2°，绝对误差≤5°。（2）当间距d=10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ能够在0~60°范围内变化，并要求实时显示θ。（3）当间距d=10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ稳定在45°±5°范围内。要求控制过程在10秒内完成，实时显示θ，并由声光提示，以便进行测试。17/201.2.2系统设计发挥部分要求（1）当间距d=10cm时，通过键盘设定帆板转角，其范围为0~60°。要求θ在5秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差的绝对值不超过5°。（2）间距d在7~15cm范围内任意选择，通过键盘设定帆板

7、转角，范围为0~60°。要求θ在5秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差的绝对值不超过5°。（3）其他。2系统方案论证与比较根据系统要求，系统主要可分为核心控制模块、直流风扇电机驱动模块、帆板安装模块、角度信号检测模块、声光提示模块、显示模块、按键设置模块。2.1系统整体方案论证与比较方案一：系统采用51系列单片机作为控制器，外接独立按键设置角度大小和功能选择。选用LCD作为显示屏。单片机用定时器产生PWM波形，控制电机旋转速度，从而控制风扇风力。风扇吹动帆板，帆板发生偏转，固定在帆板转动轴上的角度传感器随着变化，单片机通过A

8、/D转换芯片将角度变化值采集。根据角度变化值，单片机实时显示角度，并调整输出PWM波形。方案二：系统采用32位单片机LPC1758作为核心控制器，外接独立按键用于设置角度大小，因为按键简单独立所以操作方便、容易编程。选用带中文字库液晶显示器作为显示屏，显示清晰，比通用LED具