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风力摆控制系统(B题)设计报告.doc
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2015 年全国大学生电子设计竞赛
风力摆控制系统(B 题)
【10 组】
2015 年 8 月 15 日
I
摘 要
本风力摆控制系统,主要包括控制模块、电机及驱动模块、角度测量模块、
显示模块、电源模块及人机交互模块。其中控制模块主要由 MSP430F149 型单片
机构成,电机及驱动模块主要由直流风机和 L298N 构成,角度测量模块以
MPU6050 为核心。支架和摆杆之间由万向节连接,摆杆可绕连接点在半个球体
的空间范围内转动。空间角度由 MPU6050 测量得到,并可通过模块自带的串口
输出数字信号。MSP430F149 接收到信号后,经过处理,由液晶显示屏显示出风
力摆的摆动角度,并通过 PID 算法控制直流风机的转速,构成闭环系统。本系
统可通过试验得到经验规律,控制风力摆使其做阻尼振动或类圆锥摆运动。
关键词: 风力摆 PID 算法 MSP430F149 MPU6050
Abstract
The wind pendulum control system, including control module, motor and driver
module, angle measurement module, display module, power module and
human-computer interaction module. The control module is composed of
MSP430F149 type single chip microcomputer, and the motor and the driving module
are mainly composed of DC fan and L298N, and the angle measurement module is
MPU6050 as the core. The connecting rod is connected with a universal joint, and the
pendulum rod can rotate around the connecting point in the space of the half sphere.
The space angle is obtained by MPU6050 measurement, and the serial output digital
signal can be obtained through the module. After the signal is received by
MSP430F149, it is processed by the liquid crystal display, and the swing angle of the
wind pendulum is displayed by the PID algorithm. This system can be used to get the
experience rule, and control the wind force to make it to be a damped vibration or a
kind of conical pendulum motion.
Key words: wind pendulum PID algorithm MSP430F149 MPU6050
II
目 录
1 系统方案 ..........................................................1
1.1 风力摆运动控制方案的论证与选择 ..............................1
1.2 控制模块的论证与选择 ........................................2
1.3 电机及驱动模块的论证与选择 ..................................2
1.4 角度测量模块的论证与选择 ....................................2
1.5 控制算法的论证与选择 ........................................3
2 系统理论分析与计算 ................................................3
2.1 风力摆状态的测量与计算 ......................................3
2.2 风力摆运动控制的分析 ........................................3
2.3 控制算法的分析 ..............................................4
3 电路与程序设计 ....................................................4
3.1 电路的设计...................................................4
3.1.1 控制模块电路设计 .......................................4
3.1.2 电机及驱动模块电路设计 .................................4
3.1.3 角度测量模块电路设计 ...................................5
3.1.4 电源电路设计 ...........................................5
3.2 程序的设计...................................................5
3.2.1 程序功能描述与设计思路 .................................5
3.2.2 程序流程图(详见附件 1.2)..............................5
4 测试方案、结果与分析 ..............................................6
4.1 测试仪器.....................................................6
4.2 测试方案及结果 ..............................................6
4.2.1 基础部分一.............................................6
4.2.2 基础部分二.............................................6
4.2.3 基础部分三.............................................6
4.2.4 基础部分四.............................................7
4.3 测试分析与结论 ..............................................7
5 参考文献 ..........................................................7
附录 1 ..............................................................9
附 1.1 电路原理图................................................9
附 1.1.1 控制模块电路图 ......................................9
附 1.1.2 电机及驱动模块电路图 ................................9
附 1.1.3 显示模块电路图 .....................................10
附 1.2 程序流程图...............................................11
附 1.2.1 主程序流程图 .......................................11
附 1.2.2 子程序流程图 .......................................11
附录 2:源程序 .....................................................13
附 2.1 模式选择主程序...........................................13
附 2.2 风力摆运动控制子程序.....................................13
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阿拉伯梳子
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