帆板控制系统完整版.doc

帆板控制系统（F题） 摘要 以STC89C52RC为控制核心设计帆板控制系统。系统主要包括主控模块、角度监测模块、风扇驱动模块、A/D转换模块、按键模块、LCD液晶显示模块、声光报警模块和电源模块。首先角度传感器将监测到的信号送入A/D采集，然后单片机处理采集到的信号得到角度值，实时显示到液晶屏上。同时根据实时监测到的角度值，调节加减按键控制PWM脉冲的占空比，使风帆转动到设定的角度，最终实现题目的要求。经测试系统功能齐全，执行速度快，各项性能指标均达到了设计要求。 关键词：STC89C52 A/D转换器 角度传感器 风扇转速控制 。根据这些要求，确定了本作品主要由主控模块、角度监测模块、风扇驱动电路模块、A/D转换模块、按键模块、LCD液晶显示模块、声光提示模块和电源模块构成。系统框图如图1所示。 1.2 各模块方案论证与选择 1.2.1主控制器模块选择与论证 采用DSP作为控制器。DSP具有强大的控制和信号处理能力片内具有快速RAM和flash方案二：采用STC89C52RC单片机单片机技术成熟，调试方便，价格便宜，。 可以同时监测X轴、Y轴两个方向的倾斜角度，能够精确测量、跟踪倾斜角的大小和变化Ф的减小，转矩相应地降低。通常只有在电动机基速以上调速时才采用这种调速方法。 方案三：采用PWM调速。PWM技术实现数字方式控制模拟信号开关频率较高快速响应特性好动态抗干扰能力强，然后将电阻和角度的关系转换成电压和电阻的关系，再通过A/D转换器得到电压数字量，即得到电压数字量与角度的关系式，最后列出与的表格求出角度。 2.2 风扇控制电路 2.2.1 角度监测电路的设计 角度传感器的内部可看做是一个电位器。测量角度传感器的电压值，再通过A/D转换器得到数字量，最终由与列出的表格求出转角，如图2所示。 2.2.2 A/D转换电路的设计 使用A/D转换器MAX1113构成A/D转换电路。MAX1113使用+5V电源供电，选通通道0输入模拟信号，CS、SCLK、DIN、DOUT、SSTRB分别和单片机的P2.1、P2.0、P2.2、P2.5、P2.3口连接，如图3所示。 2.2.3 风扇驱动电路的设计与计算 根据题目要求风扇帆板转角在0～60°范围内变化。PV802512E型风扇20V电压。ULN2803在输入5V工作电压下，可选用ULN2803风扇电路。P1.1口输入频率给定的PWM波，输出与公共端接负载（风扇），通过改变PWM波的占空比风采用独立式按键S2、S3、S4、S5作为单片机的信息输入部件。其中S2为状态转换键，S3为加一键，S4为减一键，S5为设定键，其电路如图5所示。 2.3 LCD显示 该显示电路采用12864作为显示器，以串行方式与单片机通信。串行数据输入端SID与P1.4口连接，用于给显示器传送指令和数据；读写允许端CS与P1.3口连接，控制液晶读写数据；串行时钟信号SCLK由P1.2口送入，为传送数据提供时钟信号，如图6所示。 2.4 声光提示电路 当实时监测到风帆的转角为45°，单片机P2.3口输出低电平信号，由PNP型三极管驱动扬声器，发出提示声音，同时P3.0口输出低电平信号，使发光二极管D13发光报警。其电路如图7所示。 定频调宽法题目要求间距为10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角在0～60°范围变化。因此采用PWM调速法中的定频调宽法实现单片机对风扇风速稳定、均匀的控制。定频调宽法中高、低电平时间之和T1+T2=T保持一定，使T1在0～T范围内变化。通过按键调节高电平时间变长，低电平时间相应变短，产生的PWM脉冲占空比线性大，使得风扇从停止状态，然后均匀加速到某个速度，从而实现帆板转角从0°到60°匀速均匀变化；反之按动减1键也可以实现帆板转角从60°到0°匀速变化。题目要求间距为10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角稳定在45°±5°范围内。，现确定一个范围（），不断将与进行比较，如果，表明风帆转角已经达到题目要求的精度范围，保持风扇转速即可，反之亦然。 2.5.3 遇限削弱积分算法 遇限削弱积分法的基本思想是：一旦控制变量进入饱和区，将只执行削弱积分项的运算而停止进行增大积分项的运算。因此，在控制算法设计中计算角度时，将判断上一时刻的控制量是否已经超出限制范围，如果已超出，那么将根据偏差的符号，判断系统输出是否在超调区，由此决定是否将相应偏差计入积分项，如图9所示。 3 系统软件设计 本系统软件采用模块式设计，思路清楚，易于维护，执行效率高。其主程序流程图如图所示。其中，A/D转换子程序流程图如图所示（附录），角度测量子程序流程如图1所示（附录），定时器中断子程序如图1所示（附录），读取键值