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帆板控制系统设计与实现.doc
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2023-10-16
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本帆板控制系统是一个兼具手动控制、自动控制和实时显示功能的控制系统。该系统主要由角度数据采集、风扇转速控制、键盘输入、数字显示以及风扇和帆板等模块构成。其中,角度数据由角度传感器采集,经A/D转换后进行相关计算和处理;风扇转速由单片机输出PWM信号进行控制;16位键盘输入,方便操作者进行角度设置;数字显示采用12864显示屏,实时显示帆板的偏转角度以及设定值等数据。
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目 录
1、系统方案设计论证 ....................................................................................................................................1
1.1 方案比较与论证 ..............................................................................................................................1
2、系统硬件设计 ............................................................................................................................................2
1.2 整体方案设计 ...................................................................................................................................2
2.1 系统的硬件设计 ...............................................................................................................................2
2.2 单元电路设计及相关参数计算 ......................................................................................................3
2.2.1 显示模块电路 ......................................................................................................................3
2.2.2 风扇驱动电路 .......................................................................................................................4
2.2.3 放大电路 ...............................................................................................................................4
3、系统软件设计 ............................................................................................................................................5
3.1 程序总体流程图 ..............................................................................................................................5
3.2 控制算法设计与实现 .......................................................................................................................6
3.2.1 风扇控制算法 .......................................................................................................................6
4、测试方案与测试结果 ................................................................................................................................6
4.1 测试仪器 ...........................................................................................................................................6
4.2 测试条件 ...........................................................................................................................................6
4.3 测试方法 ...........................................................................................................................................7
4.4 测试过程 ...........................................................................................................................................7
4.5 测试结果分析 ...................................................................................................................................7
5、结语 ............................................................................................................................................................9
附录 1:系统电路图 .....................................................................................................................................10
帆板控制系统装置
摘 要
本帆板控制系统是一个兼具手动控制、自动控制和实时显示功能的控制系统。该系
统主要由角度数据采集、风扇转速控制、键盘输入、数字显示以及风扇和帆板等模块构
成。其中,角度数据由角度传感器采集,经 A/D 转换后进行相关计算和处理;风扇转
速由单片机输出 PWM 信号进行控制;16 位键盘输入,方便操作者进行角度设置;数字
显示采用 12864 显示屏,实时显示帆板的偏转角度以及设定值等数据。
除完成题目要求的基本和发挥部分的所有功能外,系统还扩展了开机自检、按键容
错、角度超范围提示等附加功能。此外,包括电路板、显示屏、键盘、风扇和帆板等所
有装置均固定在同一底座上,不仅方便演示操作,还增加了外形的美观性和性能的可靠
性。
关键字:角度传感器、A/D 转换、PWM、实时显示。
1
1、系统方案设计论证
1.1 方案比较与论证
根据题目要求,为完成其规定的各项要求,我们项目组成员经过讨论,有如下几种
方案可进行选择:
方案一:选用 FPGA 作为核心控制器,采用光电计数器作为角度检测传感器,对光
电计数器的输出进行计数,确定帆板实际位置并进行调整。电机驱动采用 PWM 控制方式。
优点:资源丰富,接口众多,运行速度快,控制精度高。
缺点:价格较高、程序编写复杂,同时因随机摆动的可能会造成光电计数器读值不
准而造成控制误差。
方案二:采用普通 51 单片机作为核心控制器,采用精密单圈电位器作为角度检测
传感器,经过 ADC 转换之后送入 MCU,采用控制输出电压的方式控制电机输出速度。
优点:成本低、程序编写简单。
缺点:控制精度低、功耗高。
方案三:采用选用 STC12C5616AD 单片机,该单片机的特点是具有增强型 8051
的内核,速度比普通 8051 快 8-12 倍。具有 AD、PWM 等功能,在系统可编程,无需
编程器,无需仿真器,内部集成可靠复位电路。采用角度传感器畸形角度检测,将采集
到的信号有单片机进行 PWM 输出控制风扇的转速完成设计要求的功能。
优点:成本低、外围电路较少、程序编写简单、功耗低、采集角度值准确。
缺点:PWM 输出只有 8 位,精度较低,但能满足项目设计要求。
综上:我们选择方案三进行设计。
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