自動帆板系統(tǒng)設(shè)計

（山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系，山東 濰坊 261061）

摘 要：本設(shè)計以51系列的AT89C51單片機為核心，以獨立鍵盤做為輸入，通過從CY-29數(shù)字加速模塊采集的帆板傾斜角度，經(jīng)過PID控制算法和PWM波調(diào)制，最后由L9110直流電機驅(qū)動電路模塊控制實現(xiàn)直流電機的啟動、停止、速度調(diào)節(jié)等功能，從而完成了自動帆板的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機;CY-29數(shù)字加速模塊;PID控制算法;PWM波;直流電機

1 總體方案

利用AT89C51單片機定時器產(chǎn)生PWM信號，步長設(shè)定為1/100（可以滿足要求），再配合PID算法彌補運算速度慢的不足，角度采集使用高分辨力（小于1度）的CY-29數(shù)字加速模塊，電機驅(qū)動采用L9110驅(qū)動模塊。外接4*4薄膜鍵盤作為設(shè)定的輸入，常見中文液晶LCD12864作為顯示器件，實時顯示設(shè)定狀態(tài)和當前狀態(tài)。這種方案能實現(xiàn)對帆板系統(tǒng)的運動狀態(tài)的實時監(jiān)測和控制，控制靈活、可靠，分辨力和精確度高，可滿足題目的所有要求。并且51的各種程序已經(jīng)相當成熟，可以大大提高系統(tǒng)設(shè)計的周期，使用方便，性價比較高，因此我們選用此方案。

2 各模塊設(shè)計

2.1 鍵盤

4*4薄膜鍵盤，相應(yīng)速度快，基本無抖動，便于插裝，攜帶方面，手感好且美觀。

2.2 角度采集

CY-29數(shù)字加速模塊，此模塊的核心部件為ADXL345，它是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計，它可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運動或沖擊導(dǎo)致的動態(tài)加速度。其高分辨率（3.9mg/LSB），能夠測量不到1.0°的傾斜角度變化。模塊功耗低、體積小、重量輕，可直接粘貼到帆板上實現(xiàn)角度的測量。電路連接圖如圖1所示。

2.3 顯示部分

12864圖形液晶，內(nèi)帶中文字庫，可直接顯示中文，多種顯示模式，使用方便。

2.4 驅(qū)動模塊

采用L9110雙橋驅(qū)動模塊，電壓范圍寬，輸出電流大，便于控制，足以帶動電機轉(zhuǎn)動。

本設(shè)計采用12伏，300mA的直流風(fēng)扇，葉片直徑12CM，用單片機直接控制無法實現(xiàn)，因此選用L9110雙橋驅(qū)動模塊。此模塊電壓范圍寬，2.5V-12V均可工作，最大持續(xù)電流800mA，最大允許電流2A。電路原理圖如圖2所示。

L9110 是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC 之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高，由于這個系統(tǒng)中的電機不需要反轉(zhuǎn)，所以IB輸入口直接接地，通過P3.0口給IA口提供PWM信號，控制電機轉(zhuǎn)速。

2.5 電源模塊

自做電源，可輸出5伏，9伏和12伏三種不同的電壓，最大功率5瓦，操作方便。

風(fēng)扇控制電路。

3 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

4 結(jié)論

以上數(shù)據(jù)表明本文設(shè)計的自動帆船控制系統(tǒng)可以工作，可以實現(xiàn)自動控制，但還未達到理想狀態(tài)。說明此系統(tǒng)還需進一步的改進。

參考文獻：

[1]周雪.模擬電子技術(shù)修訂版.西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[2]張義和，王敏男，徐洪昌，余春長.例說51單片機c語言版第三版.人民郵電出版社，2010.

作者簡介：王珍珍（1984-），女，山東省安丘市人，山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士研究生，助教，研究方向：自動控制系統(tǒng)。