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帆板控制系统毕业设计论文 毕业设计（论文）任务书电子信息工程系12 届应用电子技术专业 毕业设计（论文）任务书 毕业设计（论文）题目帆板控制系统 课题内容性质理论研究 课题来源性质教师收集的结合 生产实际的课题 论文 校内（外）指 导教师职 称 工作单位及部门联系方式 蔺鹏副教 授 电子信息工程系 Linp210yahoo.c 一、题目说明（目的和意义）： 本系统仿真帆板控制系统。能够手动控制风扇吹动风帆达到要求角度并能实时显示角度；通过预先设定角度控制风扇吹动风帆达到要求角度并能实时显示角度；对风帆达到某个角度后具有声光报警功能。通过本题目的研究和设计，使学生能够对单片机应用系统的设计方法包括总体方案论证，系统硬件设计和系统软件设计有一个整体的认识。 一、任务 设计并制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角，如图1 所示。 图1 帆板控制系统示意图 二、要求 1、基本要求 （1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角。显示范围为060°，分辨力为2°，绝对误差5°。 （2）当间距d =10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角能够在060°范围内变化，并要求实时显示。矚慫润厲 钐瘗睞枥庑赖。 （3）当间距d =10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角稳定在45°±5°范围内。要求控制过程在10秒内完成，实时显示，并有声光提示，以便进行测试。聞創沟燴鐺險 爱氇谴净。 2、发挥部分 （1）当间距d =10cm 时，通过键盘设定帆板转角，其范围为060°。要求在5秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5°。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 调节装置 键盘 数字显示 角度检测信号 转速控制 风扇 风力 d （2）间距d 在715cm范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围为060°。要求在5秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5°。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。（3）其他 摘要 本系统通过调节风扇风速来实现对帆板转角的控制，使帆板的转角能够随风速变化，并且能快速达到设定角度并保持稳定。主要是以STC89C52RC单片机为主控核心，通过键盘设定帆板角度，再由A/D转换器转换数据送至单片机处理后使系统自动达到设定的角度，最后由液晶显示器来显示系统的所有信息。单片机输出PWM脉冲来控制风扇的风速，通过角度传感器测量帆板的旋转角度并反馈至单片机，采用PID控制算法，使系统实现精确控制，然后微调风速的大小使帆板角度达到设定值并稳定。并且在达到设定范围时进行声光报警提示。通过调试，使各项性能指标均达到设计要求，使最终转角绝对值误差不超过5?。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 关键字：STC89C52RC；液晶显示；角度传感器； PID算法； A/D转换器 Abstract The system through the adjustment to achieve the board fan speed control of the angle, make the board of the angle change with the wind speed, and can quickly reach a set Angle and remain stable Main STC89C52 microcontroller as the controller is core the keyboard set the board Angle, and then by the A/D converter conversion of data sent to the SCM processing system after the Angel of automatic reach A set, and finally by LCD monitor to show all of the information system Single chip microcomputer to control PWM pulse output the fan's wind speed, through the measurement of Angle sensor board rotation Angle and feedback to the single chip microcomputer,PID control algorithm, make accurate control system, and the size of the board to fine-tune wind speed to set data and stable Angle. And in reach a set range for sound and light alarm prompt. Through the debugging,make various performance indicators are to meet the design requirements, make the final angle absolute value error is no more than 5 ?.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 Key word: STC89C52RC, Liquid crystal display, Angle sensor, PID algorithm , A/D converter 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 目录 1方案论证与选择 . 0茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 1.1 系统的基本组成. 0鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 1.2 各模块方案论证与选择. 1籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 1.2.1 主控制器选择及论证. 1預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 1.2.2 角度监测方案比较. 2渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 1.2.3 风扇控制方案. 3铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 1.2.4 驱动模块的选择. 4擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 1.2.5 显示模块的选择. 4贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 1.2.6 电源模块的选择. 5坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 1.2.7 A/D转换模块的选择 . 5蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 1.2.8 语音播放模块. 6買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 1.3 系统各模块的最终方案. 7綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2系统理论分析与计算 . 8驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 2.1 角度测量原理. 8猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3硬件电路的设计 . 9锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 3.1系统硬件的基本组成 . 9構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 3.2 各部分硬件电路模块设计. 9輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 3.2.1 主控制电路模块设计. 9尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。 3.2.2 角度监测模块电路的设计. 11识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 3.2.3 A/D转换模块电路的设计 . 11凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 3.2.4 风扇驱动模块电路的设计. 12恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。 3.2.5 键盘控制模块电路的设计. 13鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 3.2.6 LCD显示模块电路的设计 . 13硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 3.2.7 声光提示模块电路的设计. 14阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 3.2.8 语音播放模块电路的设计. 14氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 3.2.9 电源控制模块电路的设计. 15釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。 4 .软件设计 . 16怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 4.1 控制算法. 16谚辞調担鈧谄动禪泻類。 4.1.1 定频调宽法 . 16嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 4.1.2 积分分离算法 . 17熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 4.1.3 遇限削弱积分算法 . 17鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 4.2 程序设计思路图. 18纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 4.3 系统软件主流程图. 18颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 5 系统测试仪器 . 20濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。总结 . 21銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。致谢 . 22挤貼綬电麥结鈺贖哓类。参考文献 . 23赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。附录1 . 24塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。附录2 . 24裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 1方案论证与选择 1.1 系统的基本组成 题目要求设计制作一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角 。根据题目要求,本系统可以分为控制部分、信号检测部分和电源部分。控制部分则包括显示模块、按键模块、声光报警模块、风扇驱动模块四个基本部分。信号检测部分为角度测量模块（测量帆板的角度）、A/D转换模块。电源部分则给各部分提供电源，系统图如图1.1所示：仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 图1.1系统总框图 1.2 各模块方案论证与选择 1.2.1 主控制器选择及论证 方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器；将所有的器件集成在一块芯片上，这样外围电路较少，控制板的体积小，稳定性高，扩展性能好；而且FPGA采用并行的输入/输出方式，系统处理速度快，再加上FPGA有方便的开发环境和丰富的开发工具等资源可利用，易于调试；但是FPGA得成本偏高，算术运算能力不强，而本设计系统的设计会用到较多算术运算，所以FPGA的高速处理的优势得不到充分体现。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 方案二：采用DSP作为控制器。DSP具有强大的控制和信号处理能力，片内具有快速RAM和flash。其次有接口方便、编程方便、稳定性好、精度高等优点。本题主要利用处理器控制风扇的转速，数据处理方面要求不高。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 方案三：采用Atmel公司的89系列的单片机作为系统的控制器。单片机控制功能强，软件编程灵活，可用软件较简单的实现逻辑控制，并且其成本低，体积小和功耗低等优点，使其在各个领域中应用广泛；另外，在本设计数据量不大的情况下完全可以完成风扇转速的控制。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 综合比较，本系统采用方案三。 1.2.2 角度监测方案比较 方案一：采用角度传感器监测。角度传感器SYD35D4线性度为±1%，旋转扭矩为M N ?4 -10 20，分辨率高，最为关键 的是它采用滚珠轴承的机械结构方便与帆板轴承相结合测量角度。SYD35D4 有机械寿命长，分辨率高，转动顺滑，动态噪声小的优良性能。且该方案实现较易。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 方案二：采用倾角传感器监测。倾角传感器通常可以同时监测X 轴、Y 轴两个方向的倾斜角度，能够精确测量、跟踪倾斜角的大小和变化。但是测量角度时需要将倾角传感器安装在帆板上，增加了整个帆板装置的重量，同时倾角传感器的精度较高，测量时会将噪声信号带入控制系统，影响角度测量的精度。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 方案三：采用MMA7260重力加速度传感器，由于加速度传感器在静止放置时受到重力作用，因此会有1g 的重力加速度。利用这个性质，通过测量重力加速度在加速度传感器的X 轴和Y 轴上的分量，可以计算出其在垂直平面上的倾斜角度。根据如图1.2所示，有Ax=gsin ，Ay=gcos 。则 Ay Ax =tan 即 =arctan( Ax Ay ).这样，根据以上原理一个 2 轴 加速度传感器可以测量在X-Y 平面上的倾斜角度。该方案原理简单，操作方便，但使用起来运算量较大，程序较为复杂，对于单片机来说，处理时太慢且复杂。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。