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题目名称:帆板控制系统(F题)
摘要:本帆板控制系统由8位MCU为主控制器,通过AD转换,对红外接收模拟量进行采样,先通过TLC2543变换运算,把模拟量转变成数字量,从而测出帆板的转动角度,然后把信号反馈回去,再由主控制器去控制L298N去控制直流电机转动的方向及转速,从而达到控制帆板的转动的角度以及对其的测量。在另一模式下,可以通过按动按键逐步调节风扇转速去调节帆板的转动角度,也可以直接设置帆板需要转动的角度,让系统自行将帆板吹到设置的角度,测量精度高达±2度,能够准确的测量和调节帆板的角度,是一个价格及性能综合考虑的方案。
关键词: TLC2543 MCU L298N 角度 控制
方案论证与比较
1.1 采样方法比较与选择
方案一、用TLC2543芯片配合电位器对信号进行采集,通过电位器跟随帆板旋转产生的电阻变化作为变化模拟信号,然后由TLC2543对电位器变化的模拟信号进行A/D转换和采集,最后送MCU处理。但是电位器变化阻值误差太大,导致所测角度不准。
方案二、用霍尔传感器安装到帆板上然后将些许小磁铁安装到一个圆盘上,用MCU直接检测霍尔的信号,然后去计算帆板转过的角度,但是由于磁铁安装少了,测量的精度不够,磁铁太多又会使霍尔的信号不变,从而测量不到角度,所以选择价优的电位器测量。而且测量的精度也可以达到。
方案三:在帆板的机架安装红外对管,帆板转动时红外接收的光信号,随帆板转动而变化,红外接收的光信号模拟量,运用A/D读回模拟量,在单片机程序中进行角度转换及计算,处理方便,所测角度也准确度大大提高。
1.2 处理器的比较与选择
由于51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统,称作位处理器,或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理,如传送、置位、清零、测试等,还能进行位的逻辑运算,其功能十分完备,使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能,但能进行位逻辑运算的实属少51系列单片机,价格便宜(从性价比方面说),功能多,抗干扰能力强,eeprom大,兼容做的很好,应用广泛,所以在帆板控制系统中是很好的选择。
1.3转换方案
方案一、采用TLC2543,TLC2543为12为串行模数转化芯片,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转化过程,最高分辨率达4096,在输入电压为0---5V时,电压精度可达到1.2mv。由于采用串行结构,能够节省51单片机的IO口资源,价格适中,外围电路简单等,稳定可靠。在仪表仪器中有广泛的应用,设计采用TLC2543 ,能够在电路优秀的完成测量需求。
方案二、 采用ADC083,ADC0832是串行接口的8位A/D转换器,双通道A/D转换,输出输入电平与TTL/CMOS相兼容,最高转换时间为32US,体积小,使用简单,价格便宜,但分辨率较低,难以满足测量需求。
1.4数据显示方案
方案一:采用字符型LCD液晶显示器。微功耗、尺寸小,超薄轻巧,价格便宜,但显示信息量较少,仅限于字符,不能显示图形,难以满足设计需求,
方案二:采用12864,12864是128*64液晶模块控制器 KS0108或兼容 ST7920 T6963C
系统选择方案二,可以用中文LCD1602液晶进行丰富的菜单显示,使整个控制系统更加人性化。
1.5电源选择方案
方案一、采用10节1.5V干电池供电,电压达到15V经7812稳压后给直流电机供电,然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限,使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便,因此,我们放弃了这种方案。
方案二、直接通过市电降压,经LM7812和LM7805稳压后分别给直流电机、MUC主控芯片等供电,可靠性高,纹波系数小,电路易于制作,灵活,可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除,提高了系统稳定性,故此方案被采用。
1.6电机的选择
方案一、步进精度差些,容易失步,功率小、速度慢、只可以位置式控制
方案二、伺服电机:耐环境方面还是比较好的,但是编码器部分非常脆弱不能撞击或敲击。抗电磁干扰要求也高(线缆部分)。
方案三、直流电源比同等级交流电机有更大的起动转矩、调速性能好方式成熟,调速方式简单
1.7键盘选择
方案一;选择独立按键,独立键盘具有结构简单,程序简单,程序繁琐,程序量大占用单片机存储空间大,占据大量IO口,大量浪费单片机资源,
方案二;矩形键盘,程序量小占用单片机存储空间小,占据少量IO口,节省单片机内部资源,经队员讨论,故采用方案二。
2 系统设计
2.1 总体设计
红外的信号经过一个10k的电阻分压以后,送到12为AD转换TLC2543,由于需要高精度的角度测量,因此要将测到的每个数字量对应的角度进行处理,又由于红外的非线性影响,因
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