风力摆控制系统（B题）李鑫.doc

2015年全国大学生电子设计竞赛（瑞萨杯） 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 小 组 成 员： 李 鑫 刘玉欢 李金星 学 校： 济南大学 学院（中心）： 自动化与电气工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 赛前指导老师： 耿 欣 、卢 琦 编 号： 002B10 2015年8月15日 摘要 本文论述了风力摆及其控制系统装置的设计思路和实现过程。本系统采用 MC9S12XS128 16位单片机作为系统的控制器，控制器通过数字陀螺仪MPU6050采集空间角速度和加速度，经过数据融合处理，得到摆杆在空间中摆动角度值。经PID算法处理，产生PWM信号，驱动和控制直流风机的转速来实现题目所给要求。本系统动力部分由四个直流风机构成，通过控制各个风机的转速产生推力使之按要求摆动。本系统可通过键盘及12864液晶实现良好的人机交互。 关键词：风力摆；MC9S12XS128MAX；MPU6050；PID算法。 目录 TOC \o 1-3 \h \u HYPERLINK \l _Toc15738 摘要 PAGEREF _Toc15738 I HYPERLINK \l _Toc15162 目录 PAGEREF _Toc15162 II HYPERLINK \l _Toc24189 一、方案设计与论证 PAGEREF _Toc24189 1 HYPERLINK \l _Toc22749 1.1系统结构 PAGEREF _Toc22749 1 HYPERLINK \l _Toc20532 1.2方案比较与选择 PAGEREF _Toc20532 1 HYPERLINK \l _Toc15863 1.2.1控制器的比较与选择 PAGEREF _Toc15863 1 HYPERLINK \l _Toc9160 1.2.2角度传感器的比较与选择 PAGEREF _Toc9160 1 HYPERLINK \l _Toc9658 1.2.3 驱动模块的比较与选择 PAGEREF _Toc9658 2 HYPERLINK \l _Toc930 二、理论分析与计算 PAGEREF _Toc930 2 HYPERLINK \l _Toc1254 2.1 电机的比较与选择 PAGEREF _Toc1254 2 HYPERLINK \l _Toc7571 2.2 风力摆状态检测 PAGEREF _Toc7571 2 HYPERLINK \l _Toc30159 2.3 控制算法 PAGEREF _Toc30159 3 HYPERLINK \l _Toc24389 三、硬件电路与软件程序设计 PAGEREF _Toc24389 3 HYPERLINK \l _Toc401 3.1 主要电路设计 PAGEREF _Toc401 3 HYPERLINK \l _Toc7956 3.1.1 MC9S12XS128MAX最小控制系统 PAGEREF _Toc7956 3 HYPERLINK \l _Toc6147 3.1.2电机驱动电路设计 PAGEREF _Toc6147 3 HYPERLINK \l _Toc23742 3.1.3角度采集电路设计 PAGEREF _Toc23742 3 HYPERLINK \l _Toc21543 3.1.4 12864液晶电路设计 PAGEREF _Toc21543 3 HYPERLINK \l _Toc24718 3.2 程序结构设计 PAGEREF _Toc24718 4 HYPERLINK \l _Toc22821 3.3 程序设计 PAGEREF _Toc22821 4 HYPERLINK \l _Toc29935 四、测试方案与测试结果 PAGEREF _Toc29935 4 HYPERLINK \l _Toc13332 4.1测试仪器 PAGEREF _Toc13332 4 HYPERLINK \l _Toc5514 4.2测试方案 PAGEREF _Toc5514 4 HYPERLINK \l _Toc20770 4.2.1控制过程 PAGEREF