2024全国大学生电子设计竞赛设计报告B题-风力摆控制系统 .pdf

2024年全国高校生电子设计竞赛

风力摆限制系统（B题）

参赛学校：长安高校

队伍编号：XZ015

参赛队员：崔曜东、马若斯、李宝才

指导老师：

2024年8月15日

摘要

本系统为由STM32单片机限制模块、姿态采集模块、风力摆模块、人及

交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环限制系统。MPU-6050陀仪传感器实

时采集风力摆的姿态角及角速度，STM32flO3单片机通过PID算法调整轴流电

机转速以限制风力摆。风力摆能够实现快速起摆、画线、复原静止的功能，并能

精确画圆。同时系统可以通过键盘设定运行模式和相关角度值，风力摆的角度和

运行时间由液晶显示，具有较好人机界面。系统设计结构简洁，制作成本低，限

制精度高。

关键词：STM32flO3MPU-6050模块、PWM调速

Abstract

ThissystemiscomposedofSTM32controlmodule,ttitudecquisition

module,windforcemodel,humnndinterctivesystem,ndthe

closed-loopcontrolsystemcomposedofwindforce.Thettitudend

ngulrvelocityoftheMPU-6050gyroscopesensorrecquiredinrel

time,ndthespeedofthemotoriscontrolledbythePIDlgorithm,nd

thespeedofthemotoriscontrolledbytheSTM32f103lgorithm.Windpower

cnbechievedquickly,drwlines,restorethefunctionofsttic,nd

cnccurtelydrwcircle.Atthesmetime,thesystemcnsetupthe

opertingmodendtherelevntnglevlue,ndthengleofthewind

forcendtherunningtimeofthesystemredisplyedbytheLCD.The

systemhsthedvntgesofsimplestructure,lowcostndhighcontrol

precision.

Keywords:MPU-6050,STM32f103module,PWMspeedcontrol

I

目录

一、系统方案1

1、主限制器件的论证与选择1

1.1限制器选用1

2、角度测量模块的论证与选择2

3、风扇驱动模块的论证与选择2

4、电源方案的论证与选择2

二、系统理论分析与计算3

1、风力摆状态的测量与计算的分析3

(1)姿态采集分析3

(2)限制算法分析3

2、角速度的计算4

三、电路与程序设计4

1、电路的设计4

(1)系统总体框图4

(2)MPU-6050子系统框图与电路原理图4

(3)电机驱动模块子系统框图与电路原理图6

(4)电源6

2、程序的设计7