帆板控制系统设计.doc

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1、2011年全国大学生电子设计大赛设计报告参赛学校：江苏建筑职业技术学院信息电子工程学院论文题目：帆板控制系统设计作者：高晓云孙小强邓晓燕指导教师：刘燎原刘天飞2011年9月3日帆板控制系统的设计摘要：本系统实现一套帆板控制体系，由角度采样系统、AD转换、风扇驱动电路、显示装置以及电路核心STC89C52单片机等部分构成。角度采样系统主要由SCA60C倾角传感器完成，AD部分由经典芯片0809为核心的电路实现，风扇驱动电路主要有L298驱动模块完成。在风扇与帆板距离为10cm时，该电路能完成帆板在0——60°之间变化，在8秒内实现了

2、45°的稳定控制，并按规定发出声光报警信号，分辨率达到了1°。并能通过键盘设置角度,使帆板达到设置的角度,能实时显示角度，达到了预定要求。关键词：STC89C52L298分辨率实时显示声光报警目录1、作品简介41.1设计目标41.2详细指标要求42、方案设计52.1系统分析52.2方案选择53、理论的分析与计算63.1风扇控制电路63.2角度测量原理83.3控制算法94、系统实现104.1硬件原理104.2总体系统图104.3软件设计114.3.1主程序流程图：114.3.2AD0809转换模块子程序流程图124.3.3PWM波子程序

3、流程图135.系统测试146.总结14附录一程序清单15附录2系统电路图191、作品简介随着科技的发展，越来越多的控制系统涌入人们生活。帆板控制系统也是近年来引起广泛学者注意的一种自动化平衡系统。因而具有非常重要的研究价值和广泛的用途。通过帆板的控制系统的设计让我们更进一步靠近科技前端。1.1设计目标设计一个帆板控制系统1.2详细指标要求1．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

4、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。2．发挥部分（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、方案设计2.1系统分析本系统中要求可以显

5、示当前角度，这需要用到LCD显示模块；当帆板转动时，确定当前角度，这需要用到一个倾角传感器；本系统还要求帆板到达一定角度发出声光报警信号，所以还需要一个声光报警系统。另外，风扇用额定电压12V，电流为0.44A的直流供电轴流风扇，我们还需要直流电机驱动模块。我们设计的系统框图见图2所示。STC89S52帆板倾角传感器（SCA60C）AD0809LCD显示风扇L298驱动按键声光报警图2系统框图2.2方案选择1、电机驱动电路的选择方案一：通过单片机输出的电压变化通过放大给风扇提供12V可变的电压调整风扇转速。但是经过测试当风扇两端电压为

6、12V时风力很小，电流不易控制。方案二：L298使用元件少，组件的损耗低，可靠性高，体积小，软件开发简单，单片机硬件费用大大减少，相位由内部产生，可减轻单片机和程序的负担。综上，本系统采用方案二。2、角度传感器的选择方案一：当下主流角度传感器的代表陀螺仪具有敏感，速度快，多方面响应的特点，但是会出现累计误差较大的缺点。方案二：SCA60C是一种角度传感器，可调节输出频率，内置零位调整，可根据需要定制零位调整按钮，可使用内部滤波功能，以实现在振动场合测量倾角目标，可实现360°倾角的测量SCA60C的高精度，高分辨率，低噪声，宽温度带，

7、温度特性好，高性价比，长期稳定性好，低功耗，抗冲击能力强，体积小，重量轻，。综上，选方案二。3、显示模块的选择采用lcd1602显示，美观大方，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。4、单片机的选择单片机选择了经典的STC89C52芯片。该芯片的主要性能是：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz 、三级加密程序存储器、

8、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。5、AD转换模块A/D转换选择的是ADC0809，它是一种