基于STC12C5A60S2的單片機(jī)帆板控制系統(tǒng)

劉增俊

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132000）

基于STC12C5A60S2的單片機(jī)帆板控制系統(tǒng)

劉增俊

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132000）

本系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制芯片，經(jīng)過(guò)充分的比較與論證，最終選用驅(qū)動(dòng)模塊L298N，通過(guò)單片機(jī)輸出PWM脈沖，更好地實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的調(diào)速；并且加入PID控制，實(shí)現(xiàn)了控制角度的優(yōu)化。系統(tǒng)顯示部分采用12864液晶顯示，編程容易，并且現(xiàn)實(shí)的信息量大。

STC12C5A60S2；PWM脈沖；L298N

1 系統(tǒng)方案選擇及論證

本系統(tǒng)主要由主控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、采集模塊、顯示模塊、電源模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框圖

該系統(tǒng)的工作原理是：通過(guò)調(diào)節(jié)裝置（單片機(jī)）控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N,控制兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)（通過(guò)調(diào)節(jié)PWM調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速），使帆板與豎直平面達(dá)到到一定的夾角（45°～135°），通過(guò)角度傳感器不斷測(cè)量帆板的轉(zhuǎn)角（即實(shí)際轉(zhuǎn)角），該實(shí)際轉(zhuǎn)角與給定轉(zhuǎn)角作比較，形成轉(zhuǎn)角偏差，通過(guò)直流電機(jī)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，通過(guò)PID控制不斷修正該轉(zhuǎn)角偏差，最終使轉(zhuǎn)角保持在給定范圍之內(nèi)。

（1）主控制器的選擇。采用STC12C5A60S2單片機(jī)，其特點(diǎn)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾，器件采用的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8路AD與兩路PWM。

（2）電源模塊的選擇。使用交流電220V供電，搭建獨(dú)立電源模塊，經(jīng)變壓器變壓后，再用7812、7805芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。5V電源為單片機(jī)及其他傳感器、顯示屏等模塊供電。使用220V交流電不僅能保證電量充足，而且相對(duì)于干電池有恒定的電壓和電流。

（3）角度信號(hào)采集模塊的選擇。方案一：采用WDD35D4角度傳感器（精密電阻式），WDD35D4角度為機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將傳感器的安置在固定部位，通過(guò)電刷在電阻基體上的位移來(lái)測(cè)量不同的阻值，再通過(guò)AD0804轉(zhuǎn)換傳遞給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)角度檢測(cè)，WDD35D4有機(jī)械壽命長(zhǎng)，分辨率高，轉(zhuǎn)動(dòng)順滑，動(dòng)態(tài)噪聲小的優(yōu)良性能。且該方案實(shí)現(xiàn)較易，精度為1.4度。

（4）A/D轉(zhuǎn)換模塊的選擇。利用STC12系列單片機(jī)內(nèi)部AD10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在該系統(tǒng)中節(jié)省硬件結(jié)構(gòu)與接線非常適合在系統(tǒng)測(cè)量中的應(yīng)用。適合在系統(tǒng)測(cè)量中的應(yīng)用。

（5）驅(qū)動(dòng)模塊的選擇。采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片。L298N芯片是較常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片有兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性能，可用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)，其輸出的PWM脈沖控制直流電機(jī)，能夠?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速的上升與下降進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)，保證調(diào)節(jié)過(guò)程中本身對(duì)風(fēng)扇的影響最低，且電路簡(jiǎn)單、易用、穩(wěn)定，具有較高的性價(jià)比。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件的基本組成

本系統(tǒng)主要由主控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、采集模塊、顯示模塊、電源模塊組成其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，幾個(gè)模塊之間相互獨(dú)立且存在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的上傳和控制命令的下發(fā)。

圖2 系統(tǒng)控制框圖

2.2 硬件電路模塊設(shè)計(jì)

（1）驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片。利用12V電源供電，通過(guò)單片機(jī)的I/O口提供輸入信號(hào)，其輸出的PWM脈沖控制直流電機(jī)，能夠?qū)﹄姍C(jī)轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)與停止進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）顯示模塊電路設(shè)計(jì)。顯示模塊利用ST7920的12864液晶顯示，液晶通過(guò)串行工作方式與單片機(jī)I/O口連接，當(dāng)顯示數(shù)據(jù)時(shí)，液晶能很好地顯示出所要的效果。

（3）主控制電路設(shè)計(jì)。主控制電路主要由單片機(jī)、獨(dú)立按鍵等部分組成，通過(guò)控制主控電路來(lái)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)要求。電路圖如圖3所示。

圖3 主控電路電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

（1）程序功能描述。根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和液晶的顯示。①鍵盤實(shí)現(xiàn)功能：首先，鍵盤我們選擇8個(gè)獨(dú)立按鍵，通過(guò)調(diào)節(jié)按鍵來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂骑L(fēng)速的大小、風(fēng)扇的啟動(dòng)與停止以及設(shè)定角度的調(diào)節(jié)。②顯示部分：在液晶上顯示帆板轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)時(shí)角度，并且顯示程序設(shè)定的角度。

（2）程序設(shè)計(jì)思路。通過(guò)按鍵控制單片機(jī)輸出PWM脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路L298N帶動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與電機(jī)的控制，從而控制帆板的旋轉(zhuǎn)的角度，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換芯片將傳感器輸出的模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)量，送回到單片機(jī)中，與實(shí)際角度相比較后，經(jīng)PID調(diào)節(jié)輸出PWM的脈寬，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)解帆板角度的目的。

4 測(cè)試結(jié)果

（1）用手轉(zhuǎn)動(dòng)帆板時(shí)，能夠數(shù)字顯示帆板的轉(zhuǎn)角θ，顯示范圍為45～135°，分辨力為2°，絕對(duì)誤差≤5°。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)試結(jié)果1

表2 測(cè)試結(jié)果

（2）當(dāng)間距d=10cm時(shí)，通過(guò)鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角，其范圍為45～135°。要求θ在5s內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，并實(shí)時(shí)顯示θ，最大誤差的絕對(duì)值不超過(guò)5°。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上題例子可以看出，我們采用的加工方法相當(dāng)自動(dòng)編程里輪廓銑精加工命令，等高輪廓銑主要用于陡峭曲面的精加工，由于本例未給出表面粗糙度值，加工余量并不大，加工精度要求高時(shí)，或是加工余量較大時(shí)，工藝安排時(shí)可采用一次粗加工后再精加工輪廓，這樣有利于提高工件的形狀精度。如果采用編程軟件（如MASTERCAM）來(lái)生成這個(gè)程序的話，那么程序長(zhǎng)度將會(huì)很長(zhǎng)，對(duì)于程序本身的閱讀和修改都不是很方便 ，而且也會(huì)過(guò)多占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。如果使用宏程序的話，就很容易解決這個(gè)問(wèn)題。

［1］雷玉勇.宏程序在數(shù)控銑削凸球面類零件中的應(yīng)用研究［J］．煤礦機(jī)械，2012，（1）:15．

［2］桂慧，孫亮波．宏程序在橢圓分布孔數(shù)控加工編程中的應(yīng)用［J］．煤礦機(jī)械.2011，（12）.

Single Chip M icrocom puter Board Control System based on STC12C5A60S

LIU Zeng-jun
（Jilin Railway Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132000，China）

Thissystem takesSTC12C5A60S2 single-chip computerascore controlchip，aftercomparisonand demonstration，L298N drivemodule was choosed finally，PWM pulses were output by SCM，so as to better adjust the speed of themotor；the involvementof PID controlhelps to realized the optimization of the control points.System displays adopts 12864 liquid-crystal display，thusitiseasy toprogrameanditcancoverlargeamountofinformation in reality.

STC12C5A60S2；PWM pulse；L298N

TP273.5

A

2095-980X（2015）07-0033-02

2015-06-18

劉增俊（1978-），男，講師，主要研究方向：供用電技術(shù)。