——基于STM32的ARM嵌入式风力摆控制系统设计.doc资源-CSDN文库

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摘要

随着科技的发展，工业生产越来越重视自动化，实践证明自动化不仅能提高生产效益

减少人力成本还能提高产品质量，特别是近年来“工业 4.0”概念的提出，让世界各国认

识到未来工业生产的发展方向是高度自动化。本文的目的就是设计一个自动控制系统即基

于 STM32 的 ARM 嵌入式风力摆控制系统，并希望此设计的控制方案能对实际生产活动提供

一定的参考价值。

风力摆控制系统是搭建一个风摆控制平台，利用处理器读取传感器采集的方位信息，

通过控制算法实时控制风力摆的动作，因为整个过程没有人为干预而是让系统自行控制，

所以能到达自动控制的要求。

在硬件方面，本文采用 STM32 作为微控制器，利用角速度传感器 MPU6050 来采集风摆

的角度，角速度和加速度。只要风摆产生位置的变化就能通过 MPU6050 将采集到的信息传

递给处理器，并利用 LCD1602 来显示这些信息。考虑到电机转速，响应速度，和自身重量

本设计采用小型的空心杯电机，它具有体积小，重量轻，响应速度快，转速快等优点，很

适合设计要求。

软件方面，本设计采用 C 语言来写源代码，用 keil 软件来编译生成 hex 文件，电路图

的设计是用 protel 99se，由于在测试中需要对采集的信息进行分析以提高效率，所以用

到了一些串口工具如串口助手，VisualScope。

本设计是以达到控制要求为目标来进行软硬件的设计，具有低成本，针对性强，系统

稳定性强等特点对实际自动化生产控制具有很好的参考作用。

关键词：自动化；风力摆；自动控制；STM32；MPU6050；

Abstract

With the development of science and technology, industrial production more and more

attention to automation. Practice has proved that automation can not only improving the

production efficiency and reduce labor costs but also improve the quality of the products,

especially in recent years, industrial 4.0 concept put forward, let the world know to industrial

production in the future the development direction is highly automated. The purpose of this

paper is to design an automatic control system based on STM32 ARM embedded wind

pendulum control system, and hope that this control scheme is designed to provide a certain

reference value for the actual production activities.

Wind pendulum control system is to build a wind pendulum control platform, the processor

reads the sensor range information, through action of the control algorithm to control wind

pendulum, because the whole process without human intervention but is lets the system itself, so

it can reach the requirements of automatic control.

In terms of hardware, this paper uses STM32 as the microcontroller, using the angular

velocity sensor MPU6050 to collect wind pendulum angle, angular velocity and acceleration. As

long as the change of position of the wind can be generated through MPU6050 the collected

information to the processor, and use LCD1602 to display this information. Taking into account

the motor speed, response speed, and its own weight of the design of a small hollow cup motor,

it has a small size, light weight, fast response, fast speed and other advantages, it is suitable for

design requirements.

Software, the design using C language to write the source code, compiled by keil software to

generate the hex file, the circuit design is with Protel 99SE, the needs of information collection

analysis to improve the efficiency in the test, so use the some serial tools such as serial assistant,

VisualScope.

This design is to achieve the control requirements for the goal of hardware and software

design, with low cost, targeted, strong system stability and other characteristics of the actual

production automation control has a good reference.

Key words：Automation; wind power pendulum; automatic control; STM32; MPU6050;

摘要 ....................................................................2

Abstract ....................................................................3

目录 ....................................................................4

引言 ....................................................................6

1 绪论 .....................................................................7

1.1 选题依据及意义 .......................................................7

1.1.1 选题依据 .........................................................7

1.1.2 选题意义 .........................................................7

1.2 国内外研究现状及发展趋势 .............................................7

1.2.1 国内外研究现状 ...................................................8

1.2.2 发展趋势 .........................................................8

1.3 本课题研究内容 .......................................................8

2 工具简介 ................................................................10

2.1 C 语言 ...............................................................10

2.3 Keil uVision5 编译器 .................................................10

2.4 protel 99 SE ........................................................10

3 硬件设计 ................................................................11

3.1 芯片简介 ............................................................11

3.1.1 STM32F103ZET6 ...................................................11

3.1.2 MPU6050 .........................................................12

3.1.3 LCD1602 .........................................................12

3.1.4 空心杯电机 ......................................................13

3.2 模块设计 ............................................................13

3.2.1 显示模块 ........................................................13

3.2.2 报警模块 ........................................................14

3.2.3 键盘模块 ........................................................15

3.2.4 电机驱动模块 ....................................................15

3.2.5 信号采集模块 ....................................................15

3.2.6 STM32 最小系统 ....................................................16

3.3 整体原理图 ..........................................................17

4 软件设计 ................................................................18

4.1 主程序设计 ..........................................................18

4.1.1 主程序流程图 ....................................................18

引言

自动化控制是指机械设备装置不需要人为干涉，能够按照人们所希望的方式自动运

行，或着根据一定的规律变化，以保持被控物理量的恒定。早在古代劳动人民就在生产实

践中积累了丰富的经验和反馈的直观认识，发明了许多闪耀控制理论的智慧杰作，例如，

二千多年前中国的指南车就是一种具有开环自动调节的系统。它利用差速齿轮的原理，齿

轮传动系统，根据车轮的转动，让车上木人手指的方向，不论车子如何转向，总是朝向南

方

随着科学技术的发展和生产技术的需要。到十七，十八世纪，自动控制技术逐渐运

用到现代工业中，1681 年法国物理学家、发明家巴本发明了用作安全调节装置的锅炉压力

调节器。1765 年俄国人普尔佐诺夫发明了蒸汽锅炉水位调节器等。1788 年，英国人瓦特

将离心调速器用在了他发明的蒸汽机上，使蒸汽机的速度控制问题得到了解决，人们开始

对控制技术产生了重视。由于蒸汽机的出现极大的提高了生产速度，工业革命由此开始，

自动技术也开始获得了突飞猛进的发展，越来越多的人从繁重的劳动中解脱出来。

从 20 世纪 40 年代到 50 年代末，经典控制理论的发展与应用使整个科学水平出现了

巨大的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动控制

技术。现代控制理论的核心之一是最优控制理论。这种理论在 60 年代初开始获得了实际

运用。这就改变了将经典控制理论以稳定性和动态性能的设计方法为中心，而是将系统性

能的工作过程作为一个整体来考虑，找到最佳的控制规律，这可以大大提高系统的性能。

最优控制理论用于发动机燃料和转速控制、轨道修正最小实践控制、最优航迹控制和

自动着陆控制等方面取得了明显的成就.

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