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帆板控制系统设计报告.doc
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帆板控制系统设计报告.doc
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帆板控制系统设计报告〔F 题〕
摘要: 该系统,以 STC12C5A60S2 单片机作为主控制器,产生
PWM 波,经过大功率功管 IRF530 芯片驱动电机让风叶转动,使帆板发
生角度偏移,由角度传感器(型号 WDJ22G—A6)将角度的变化转化为电
压,然后经 OP07 放大器传送到单片机的 P1.2 口〔即 ADC 口〕,通过单
片机的 A/D 进展 AD 采样转换,对角度传感器采集到的电压进展分析和处
理,转换成代表角度的数字信号,采集的信号最终由 LCD12864 显示。
此外系统还可以通过按键随时控制风力大小,使帆板固定在某一转角上,
并有声光、语音提示,以便进展测试。整个测量的分辨力为 1 度左右,绝
对误差为 1 度。
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关键字: 单片机、机械式角度传感器、PID,PWM
目录
1 系统方案论证及方案选择
2 本系统软硬件设计
2.1 单元硬件电路设计
2.1.1 MCU 系统及外围电路
2.1.2 角度传感器信号采集电路设计
2.1.3 直流电机风扇的驱动设计
2.1.4 语音提示电路设计
2.2 软件局部设计
2.2.1 PWM 波的产生
2.2.2 STC12C5A60S2 单片机 AD 转换的设计
2.2.3 LCD 液晶显示局部的设计
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2.2.4 帆板角度控制 PID 算法设计
3. 系统连调及测试
3.1 指标测试和测试结果
4.结论
参考文献
附录 1 原器件清单
附录 2 电路原理图及印制板图
附录 3 程序
1. 系统方案论证及方案选择
1.1 总体设计方案
题目要求设计一个帆板控制系统,通过对风扇转速的控制,调节风力的大小,
改变帆板 Ø,并能实时显示其转角大小。设计主要由主控单片机 STC12C5A60S2
驱动直流电机,使风扇工作,带动帆板的转动,由角度传感器将偏移量进展电阻—
电压的转换,转换结果通过运算放大器 OP07 进展传输,单片机的 AD 口对采集到
的数据进展分析与处理,最后将转换的数字信号显示在 LCD12864 上,APR9600
进展语音提示,当帆板角度到达所设定角度后,会进展提示,或者每变化多少度后
进展一次提示。
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图一
1.2 方案论证与选择
1.2.1 设计要求及思路
题目要求设计一个帆板控制系统,通过对风扇转速的控制,调节风力的大小,改
变 帆 板 Ø , 并 能 实 时 显 示 其 转 角 大 小 。 我 们 设 计 主 要 有 主 控 单 片 机
STC12C5A60S2 控制直流电机〔驱动芯片 IFR530〕,使风扇工作,带动帆板的角
度转动,由角度传感器将偏移量进展电阻—电压的转换,转换结果通过运算放大器
OP07 进展传输,单片机的 AD 口对采集到的数据进展分析与处理,最后将转换的
数字信号在 LCD 液晶显示屏上显示。
1.2.2 方案论证与选择
风扇转速控制系统的方案论证与选择
方案一:以普通单片机为核心,配以外围电路。
采用 AT89C52 单片机,单片机模拟产生 PWM,通过 H 桥及专用的驱动芯片。如:
L298N 驱动直流风扇,角度信号通过专用的数字芯片、光电编码器、旋转变压器、
机械式角度传感器等,实现角度测量。再配以 LCD 屏、数码管、TFT 屏、点阵屏等实
现控制信息以及数字信息的显示。由于普通单片机功能有限,因此在使用时外围电路
较复杂,所以在较短时间实现与完成稳定性、可靠性较差。
方案二: 以高性能的处理芯片,如 ARM、DSP、FPGA 等为核心、配以外围驱动
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控制系统
键
盘
数字
显示
风扇
帆板
转
轴
声光
报警
- .
电路。高性能的处理芯片,处理速度比拟快,片资源丰富,库函数丰富,软件编写方
便。但是价格贵。分析此题,该系统的处理量并不是很大,所以我们不选择此方案。
方案三:以中高档单片机为核心,配以外围驱动外围芯片组成的系统。
本系统的设计采用 STC12C5A60S2 单片机,其特点是高速、低功耗、超强抗干
扰,指令代码完全兼容 8051,速度快 8—12 倍。部集成 MAX810 专用复位电路,2
路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换〔250K/S,即 25 万次/秒〕,针对电机控制,强
干扰场合。其部包含中央处理器〔 CPU〕、程序存储器〔Flash〕、数据存储器
〔SRAM〕、定时/计数器、UART 串口、串口 2、I/O 接口、高速 A/D 转换、SPI 接口、
PCA、看门狗及片 R/C 振荡电路等模块。STC12C5A60S2 单片机几乎包含了数据采
集和控制中所需的所有单元模块,可称得上一个片上系统。同时价格不高,掌握较易 。
基于这个特点我们选择这个芯片作为我们的控制核心。
角度传感器的选择与介绍:
数字式倾角〔角度〕传感器和单片机技术研制而成的现代智能化倾角测量仪器,
广泛应用于测量平面和圆柱面对水平方向的倾角度,以及检验各种机床及其它设备工
作台及导轨的平面度、直线度和垂直位置的正确度。其特点精度高 ,使用方便,功能齐
全,但不易调节,对调试造成困难。机械式位移传感器,是一种以电压输出与轴旋转
角度或直线位移为线性关系的非线绕电位器,其特点是高精度、高寿命、高平滑性、
高分辨率。可用作位置反应、位置检测、电平调节等。该传感器使用简单,稳定。本
方案就采用此传感器。接线方式如下列图。
接线方法
图二
通过分压获得含有角度信息的电压信号,再通过 op07 进展 3 倍放大,输入进
STC12C5A60S2 单片机的 AD 输入口。本系统使用了本单片机的 10 位 AD.
目前比拟流行直流电机驱动及速度控制采用专用驱动芯片及大功率的晶体管
组成的 H 桥实现。分析本系统,只要求风扇旋转 0-60 度,所以我们采用了通过单
管 IFR530 配 以 9014 来 实 现 直 流 风 扇 的 驱 动 电 路 如 下 。 控 制 方 式 采 用
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