帆板控制系统设计报告.doc

【帆板控制系统设计】 本文将详细探讨一种基于STC12C5A60S2单片机的帆板控制系统，该系统通过控制风扇转速来调节风力，进而改变帆板的角度，并实时显示转角大小。系统的核心是单片机，它产生PWM波来驱动电机，电机带动风叶转动，从而使帆板偏转。角度传感器（WDJ22G—A6）用于检测帆板的角度变化，并将这些变化转化为电压信号。这些信号经过OP07放大器处理后，通过单片机的ADC口进行AD采样转换，最终在LCD12864显示器上显示。 系统设计主要包括以下几个部分： 1. **MCU系统及外围电路**：选用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，它负责产生PWM波形，驱动电机，并执行AD转换。此外，单片机还接收和处理角度传感器的信号，控制LCD显示，并处理用户按键输入。 2. **角度传感器信号采集电路**：使用WDJ22G—A6角度传感器，将物理角度转化为可读电压，通过OP07放大器增强信号质量，便于单片机读取。 3. **直流电机风扇驱动设计**：通过大功率功管IRF530驱动电机，电机的转速决定了风叶的转动，间接影响帆板的角度。 4. **语音提示电路设计**：当帆板达到设定角度或角度发生变化时，系统通过APR9600进行语音提示，提供直观的操作反馈。 5. **软件部分设计**： - **PWM波的产生**：单片机编程生成PWM波，以控制电机转速。 - **AD转换的设计**：STC12C5A60S2的内置AD转换器用于将模拟信号（角度传感器的电压）转换为数字信号。 - **LCD液晶显示部分的设计**：程序处理并显示帆板的实时角度信息。 6. **帆板角度控制PID算法设计**：为了精确控制帆板角度，系统采用了PID（比例-积分-微分）控制算法，通过调整PID参数实现对帆板角度的精确调节。 7. **系统联调及测试**：对系统进行全面的指标测试，确保其性能达到预期，例如角度测量的分辨力约为1度，绝对误差也为1度。 8. **结论**：通过以上设计，系统实现了对帆板角度的精确控制和实时显示，具备良好的用户交互性和稳定性。 在整个设计过程中，考虑到成本、性能和实现难度，最终选择了基于中高档单片机的方案，避免了复杂的外围电路，同时保证了系统的高效运行和可靠性能。系统的关键在于精确控制电机转速以调整风力，通过角度传感器和PID算法实现帆板角度的精准控制，同时辅以声音和视觉提示，提高了用户体验。