2015全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统论文设计

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1、实用文案2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日文案大全实用文案摘要系统为由STC12单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。MPU6050采集风力摆的姿态角，单片机处理姿态角数据后通过PID精确算法调节直流风机以控制风力摆。本系统实现了风力摆在仅受直流风机为动力控制下快速起摆、画线、恢复静止的功能，并能准确画圆，且受风力影响后能够快速的恢复画圆状态，具有很好的鲁棒性，另外，本系统具有良好的人机交互界面，各参数及测试模式可有按键并通过液晶显示，性能好，反应速度快。

2、关键词：PID算法MPU6050STC12单片机人机交互文案大全实用文案目录一、系统方案11.1主控制器件的论证与选择11.2姿势采集的论证与选择1二、系统理论分析与计算22.1风力摆控制系统的分析22.2、基础部分功能实现的分析与计算32.2.1基础一功能实现的分析与计算32.3、发挥部分功能实现的分析与计算4三、电路与程序设计53.1电路的设计53.2基础部分系统框图与电路原理图53.2.1基础部分系统框图53.3发挥部分系统框图与电路原理图63.3.1系统框图63.4电源63.5程序的设计63.5.1程序功能描述与设计思路63.5.2程序流程图6四、测量方

3、案与测量结果74.1测量工具74.2测试方案及结果7五、结论与心得8六、参考文献9附录1：电路原理图10附录2：源程序（部分）11文案大全实用文案风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由STC12单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1．1、主控制器件的论证与选择1.1.1单片机比较控制器选用方案一：采用传统的51系列单片机传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外

4、围电路也增加了系统的不可靠性。方案二：采用以增强型80C51内核的STC系列单片机STC12C5A60S2，其片内集成了60KB程序Flash，2通道PWM、16位定时器等资源，操作也较为简单，具有在系统调试功能（ISD），开发环境非常容易搭建通过比较，我们选择方案二，采用以增强型80C51内核的STC系列单片机STC12C5A60S2作为控制器。1.1.2控制系统方案选择方案一：采用在面包板上搭建简易单片机系统在面包板上搭建单片机系统可以方便的对硬件做随时修改，也易于搭建，但是系统连线较多，不仅相互干扰，使电路杂乱无章，而且系统可靠性低，不适合本系统使用。方案

5、二：自制单片机印刷电路板自制印刷电路实现较为困难，实现周期长，此外也会花费较多的时间，影响整体设计进程。不宜采用该方案。 方案三：采用单片机最小系统。单片机最小系统包含了显示、矩阵键盘、A/D、D/A等模块，能明显减少外围电路的设计，降低系统设计的难度，非常适合本系统的设计。综合以上三种方案，选择方案三。1.2、姿势采集的论证与选择方案一：只测量风力摆关于静止状态时的偏转角。采用二维平面内角位移传感器测量风力摆转动时关于静止状态时的偏转角，通过控制该偏转角实现对流风机的控制。该方案软件处理繁琐，且二维平面内的角位移传感器不利于测量风力摆的空间位置，不利于实现对风

6、力摆的精确控制。方案二：选用双轴倾角传感器模块LE-60-OEMLE-60-OEM，测量重力加速度变化，转为倾角变化，可测量双向。具有稳定性高、低功耗、结构简单等优点。响应速度为5Hz。它可以测量平衡板与水平方向的夹角，x,y方向可以测，但z轴不可测。且操作复杂，软件处理难度大。方案三：采用三维角度传感器。用三维角度传感器时刻测量风力摆当前姿态，通过处理采集的姿态角数据控制风机带动风力摆运动。此方案可精确测量风力摆当前姿态，实现对风力摆的精确控制。综合比较以上两个方案，本系统选择方案三。文案大全实用文案1.3、控制系统的论证与选择1.3.1风机速度控制方案一：采

7、用D/A变换电路将数字量转换成控制电机电压的模拟量。再利用电平的高低达到调速的目的。原理框图如图1所示。本方案达到了利用CPU输出的数字量精确控制模拟量的目的。但原电路比较复杂，成本较高。方案二：采用脉宽调制方式（PWM）从I/O口输出不同占空比的脉冲，经滤波后获得不同高低电平控制电机。本方案可以达到对速度的控制要求，且控制简单易实现。通过比较明显方案二最简洁清晰、容易实现、速度快、精度高。从系统指标要求来看，对速度要求较高，低速与高速之间差别较大，且准确度要求高，各个速度之间的切换也要求简单、迅速。采用方案二可利用单片机运行速度快的特点进行速度的快速调整，且方

8、案二速度准确度高、级数多