【摘要】本文內(nèi)容是大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的試題之一,介紹了基于單片機(jī)的帆板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和制作過程。
【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速控制;轉(zhuǎn)角測量;單片機(jī)控制
1.設(shè)計(jì)任務(wù)與要求
設(shè)計(jì)并制作一個帆板控制系統(tǒng),通過對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制,調(diào)節(jié)風(fēng)力大小,改變帆板轉(zhuǎn)角θ,如圖1所示。
要求:用手轉(zhuǎn)動帆板時,能夠數(shù)字顯示帆板的轉(zhuǎn)角。通過操作鍵盤控制風(fēng)力大小,使帆板轉(zhuǎn)角能夠在0~60度范圍內(nèi)變化,并要求實(shí)時顯示轉(zhuǎn)角;當(dāng)間距d=10cm時,通過操作鍵盤控制風(fēng)力大小,使帆板轉(zhuǎn)角穩(wěn)定在45度±5度范圍內(nèi)。要求控制過程在10秒內(nèi)完成,實(shí)時顯示,并由聲光提示;通過鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角時要求轉(zhuǎn)角能達(dá)到設(shè)定值,并實(shí)時顯示。
2.總體設(shè)計(jì)
根據(jù)要求,系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。采用STC89C52作為計(jì)算機(jī)控制核心,通過對直流電機(jī)調(diào)速,以控制電機(jī)帶動風(fēng)扇的風(fēng)速,來控制帆板的轉(zhuǎn)角。利用角度測量模塊得到帆板轉(zhuǎn)動的角度,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC1549進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,將角度模擬信號轉(zhuǎn)換為角度的數(shù)字量,經(jīng)過單片機(jī)處理后再以數(shù)字的形式通過數(shù)碼管顯示出對應(yīng)的角度值。風(fēng)扇部分采用L298N驅(qū)動模塊驅(qū)動電動機(jī),通過PWM占空比調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。利用鍵盤電路控制風(fēng)力大小和設(shè)置帆板角度。并通過聲光電路來提示45度轉(zhuǎn)角的設(shè)置成功。
3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
(1)電源模塊:由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。電機(jī)部分的供電采用直流12V供電,而其他大部分電路需要5V電源,本設(shè)計(jì)使用三端穩(wěn)壓器7812和7805供電模塊提供兩種電壓。
(2)風(fēng)扇控制模塊:本設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)帶動風(fēng)扇來控制風(fēng)力的大小。直流電機(jī)采用LM298驅(qū)動電路。LM298N是一個高電壓、大電流全雙橋驅(qū)動器,滿足了一般小型電機(jī)的控制要求。PWM控制信號由in1輸入,將in2直接接地,即采用單向制動的方式。通過單片機(jī)產(chǎn)生PWM波調(diào)整占空比來達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)帆板傾角小于設(shè)定值時,增加PWM參數(shù),增大風(fēng)力,傾角加大;當(dāng)帆板角度小于設(shè)定值時,減小PWM參數(shù),減弱風(fēng)力,傾角減小。
(3)角度測量模塊:采用WDD35D4角位移傳感器進(jìn)行角度測量。將帆板轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸與傳感器的基體固定,當(dāng)帆板轉(zhuǎn)動時帶動電位器跟著轉(zhuǎn)動,電壓隨著發(fā)生變化,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換,將電壓值轉(zhuǎn)換成角度值。
(4)聲光電路和數(shù)碼顯示電路:使用蜂鳴器和發(fā)光二極管作聲光顯示。應(yīng)用4位數(shù)碼管顯示測量角度。
(5)按鍵電路:本設(shè)計(jì)采用四個獨(dú)立式按鍵,分別為加、減、設(shè)置和確定功能鍵。它們分別與P2.0、P2.1、P2.2、P2.3接口相連,作為設(shè)置角度及功能的設(shè)置轉(zhuǎn)換的輸入。
整體硬件電路如圖3所示。
4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
主程序流程圖如圖4所示。
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作者簡介:谷秀榮(1970-),女,四平職業(yè)大學(xué)副教授。