风板控制装置论文正稿

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1、Word格式2015年全国大学生电子设计竞赛风板控制装置（I题）【高职高专组】2015年8月15日完美整理Word格式摘要本系统通过对直流小风扇风速的调节实现对风板转角的控制，使风板转角能够随风速变化而改变，且能快速达到设定角度并稳定。IAP15F2K61S2单片机为控制核心，通过键盘设定风板板角度，1602实时显示角度。单片机输出PWM波控制风扇的风速，通过GY521mpu-6050测量风板的倾角反馈至单片机，采用PID控制经典算法，使系统实现精确控制，然后微调风速的大小使风板角度达到稳定。并且在达

2、到设定范围时进行声光提示。通过调试与测试，实现了基本部分与发挥部分，最终实现在悬挂重物的情况下风板能达到设定角度控制，且最终绝对值误差不超过5度.关键字：1602;GY521mpu-6050;PWM;PID算法完美整理Word格式目录1系统方案11.1角度测量方案选择11.2风扇控制方案选择21.3显示方案选择21.4控制器方案选择22系统理论分析与计算32.1风扇调试原理32.2角度测量原理32.3PID控制算法的分析33电路与程序设计43.1电路的设计43.1.1系统总体框图43.1.2角度检测电

3、路43.1.3风扇驱动电路53.1.4按键及显示电路53.1.5电源电路63.2程序的设计63.2.1程序功能描述与设计思路63.2.2程序流程图64测试方案与测试结果74.1测试方法与仪器74.2测试过程及数据74.3测试分析与结论8附录1：电路原理图10附录2：实物图11完美整理Word格式1系统方案根据题目要求,本系统可以分为控制部分和信号检测部分.控制部分则包括显示模块、按键模块、声光报警模块、风扇驱动模块四个基本部分。信号检测部分为角度测量模，测量风板的角度。下面分别论证这几个模块的选择。1

4、.1角度测量方案选择方案一：采用MMA7260重力加速度传感器，由于加速度传感器在静止放置时受到重力作用，因此会有1g的重力加速度。利用这个性质，通过测量重力加速度在加速度传感器的X轴和Y轴上的分量，可以计算出其在垂直平面上的倾斜角度。根据如图1.1所示，有Ax=gsinα，Ay=gcosα。则=tanα即α=arctan().这样，根据以上原理一个2轴加速度传感器可以测量在X-Y平面上的倾斜角度。该方案原理简单，操作方便，但使用起来运算量较大，程序较为复杂，对于单片机来说，会显得有点吃力，因此我们放

5、弃选用该方案。图1.1加速度传感器角度测量原理方案二：MPU-6000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-6000能以数字输出6轴或9轴的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(EulerAngleforma)的融合演算数据。内建之运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术，免除了客户须另外进行校正的需求。符合设计要求，同时也是我们平时有接触的模块。故综合考虑实际中选择方案二。1.2风扇控制方案选择方案一：

6、采用可控硅控制调速，通过控制双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。但可控硅控制控制原理决定了只能滞后触发，因此，晶闸管可控制整流器对交流电源来说相当于一个感性负载，吸取滞后的无功电流，因此功率因素低。并且晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，而且脉波数总是有限的。如果主电路电感不是非常大，则输出电流总存在连续和断续两种情况，因而机械特性也有连续和断续两段，因此功率因素低，故我们不选用该方案。方案二：采用直流斩波控制，改变

7、电压输出开关断时间，将直流电源电压断续加到负载上，即可实现风扇调速控制，它具有效率高、体积小、成本低等优点完美整理Word格式。我们可以采用单片机由软件来实现PWM波，简化系统硬件设计，通过改变PWM波的占空比的值即可改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。再加上PID算法控制，而整个系统的PWM波形的产生是通过PID算法调节，这样提高了系统的稳定性和可靠性，让系统控制更加精确。故综合考虑实际中选择方案二。1.3显示方案选择方案一：使用数码管显示，通过数码管显示被测角度和设定角度。该方案程序简单，但

8、硬件占用单片机I/O口较多，对于尽量节约端口，让线路简单来说不是好方法，而且显示也不够直观灵活，只能显示数字，不能显示汉字显示功能提示，故不适合本次设计应用。方案二：使用液晶屏LCD1602，具有体积小，使用方便等特点。并且可以显示字母，数字等功能，观察显示很直观，通过字幕显示各种菜单界面、设定角度、测量角度等。该方案程序较复杂，但显示观察清晰，显示直接明白，完全符合本系统设计功能。故为最佳方案，我们选择方案二。1.4控制器方案选择方案一：采用FPGA（