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时间:2019-03-16
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1、帆板控制系统摘要本帆板控制系统是以STC89C52单片机为核心,应用PWM技术、旋转角度传感器角度传感器和AD转换技术实现了帆板控制系统的设计。系统应用PWM脉冲宽度调制方式实现对风扇风速的多级调整;不同风速下系统通过风扇吹动帆板,控制帆板转角从0~60°任意变化,同时帆板的角度由旋转角度传感器检测,通过AD转换后在LCD-1602上显示。系统不仅可以通过键盘调整风速使帆板达到合适的角度,而且可以通过风扇转速的自动调节,控制帆板精确转动,使帆板的角度与输入的角度一致。经实验调试,帆板控制系统的设计较好地满足
2、了任务要求。关键词:STC单片机、PWM调速、旋转角度传感器、AD转换12一、系统方案、1、主控制模块的论证与选择:方案一:采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。优点:可以实现复杂逻辑功能,规模大,速度快,密度高,体积小,稳定性高,容易实现仿真、调试和功能扩展。缺点:成本高,引脚多,PCB布线复杂。本设计对数据的处理要求不高,此方案的优势得不到充分体现。方案二:采用51单片机作为系统的控制器。优点:算术运算功能强,软件编程灵活,自由度大,技术成熟,体积小,成本低,容易实现仿真、调试和功能扩展,并而51MC
3、U的运用比较熟练。缺点:速度相对较低。方案三:采用AVR单片机作为系统的控制器。优点:AVR的ATMEGA16L芯片内部带有AD转换以及PWM电机高速功能,能够方便地解决整个系统的问题,是个很好的控制方案,但本设计取决于对相关技术的熟悉程度。所以选择方案二。2、电机控制模块的论证与选择:方案一:采用继电器对电动机的开或关进行控制。通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。此方案电路简单,但继电器易损坏、寿命短,可靠性不高。方案二:采用由分离元件达林顿管组成的H型桥式PWM电路驱动电机。这种电路由于管子
4、交替工作在饱和与截止的模式下,因此效率非常高。H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快,稳定性也极强。方案三:采用单片集成电路L298构成PWM电机驱动电路。L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入,具有良好的抗干扰性能,可用单片机的I/O口提供信号,电路简单、易用、稳定,具有较高的性价比。综合以上三种方案,选择方案三。3、角度传感器模块的论证与选择:方案一:通过单圈精密可调电阻转换成角度的变化。单圈精密可调电阻通过A/D转换后,由模拟信号转换
5、成数字信号,通过转换变成角度的变化显示在液晶屏上。通过实12验可以发觉由于可调电阻的转轴比较紧,偏转的角度不明显,造成测试的结果不理想,与要达到的要求不符合,所以方案二舍弃。方案二:数字加速度传感器。MMA7455数字加速度传感器是一款数字输出(I2C/SPI)、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计,具有信号调理、低通滤波器、温度补偿、自测、可配置通过中断引脚检测、以及脉冲检测(用于快速运动检测)等功能。但是由于其成本高,控制比较复杂和麻烦,根据团队的实际,决定不采用这个方案。方案三:模拟旋转角度传感器检测角
6、度的偏转。模拟旋转角度传感器是基于可调电位计工作原理所设计,其不仅可以做为可调电阻控制电机转速,还可以在其旋转头部安装单摆轮,测量倾角,旋转角度从0到270度,其而且体积小的特点,便于安装;转轴比较滑,这样便能够准确地带动帆板的转动使其偏转一定的角度。所以选择方案三。4、显示模块的论证与选择:方案一:使用LCD-1602显示屏。优点:功耗小,显示数字与阿拉伯字母等字符。缺点:编程难度较高。方案二:使用LCD-12864显示屏。优点:带有汉字、图形、多种显示形式。缺点:编程难度较高,价格昂贵。方案三:使用LE
7、D数码管。优点:编程难度低。缺点:功耗较大,电路连接相对较复杂。在低功耗下,显示界面友好、内容丰富,综合考虑,选用LCD-1602来实现显示功能下,选择了方案一。12二、电路与程序设计2.1电路的设计2.1.1系统总体框图:电源模块电机控制模块控制模块帆板键盘模块模拟角度传感器显示模块声光提示AD转换器图1-1系统的主控制框图说明:控制模块是以STC89C52为核心部件,ADC0832通过采集模拟旋转角度传感器返回的信号转换成数字量,通过角度的换算显示在LCD-1602显示屏上。键盘能够选择工作模式和功能的
8、实现。当某一项功能实现的时候,并附有声光提示。122.1.2电机驱动电路:图1-2电机控制电路电机控制电路如图1-3所示。采用单片集成电路L298构成PWM电机驱动电路。L298的IN1引脚和ENA引脚与单片机IO口连接,L298的OU1引脚和OUT2引脚与电机两端相连。采用PWM调速的方法对电机进行控制,单片机IO口输出PWM信号到L298的IN1引脚,通过对PWM信号占空比的变化调节电机的转动速度,同时单片机
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