2022年帆板控制系统课程设计设计.docx
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1、精品学习资源毕业设计(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)任务书欢迎下载精品学习资源毕业设计(论文)题目帆板掌握系统欢迎下载精品学习资源课题内容性质理论讨论论文课题来源性质老师收集的结合生产实际的课题欢迎下载精品学习资源校内(外)指导老师职工作单位及部门联系方式称欢迎下载精品学习资源蔺鹏副教授Linp210yahoo.c电子信息工程系欢迎下载精品学习资源一、题目说明(目的和意义):本系统仿真帆板掌握系统;能够手动掌握风扇吹动风帆达到要求角度并能实时显示角度;通过预先设定角度掌握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;通过此
2、题目的讨论和设计,使同学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熟识;一、任务设计并制作一个帆板掌握系统,通过对风扇转速的掌握,调剂风力大小,转变帆板转角 ,如图 1 所示;欢迎下载精品学习资源角度检测信号调剂装置转速掌握风力键盘数字显示风扇d图 1 帆板掌握系统示意图二、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;显示范畴为 060,辨论力为 2,肯定误差 5;(2) )当间距 d=10cm时,通过操作键盘掌握风力大小,使帆板转角能够在 060范畴内变化,并要求实时显示 ;(3) )当间距 d=10cm时,通过操作键盘掌握风
3、力大小,使帆板转角 稳固在 45 5范畴内;要求掌握过程在10秒内完成,实时显示 ,并有声光提示,以便进行测试;2、发挥部分(1) )当间距 d=10cm 时,通过键盘设定帆板转角,其范畴为060;要求 在5秒内达到设定值,并实时显示;最大误差的肯定值不超过 5;(2) )间距 d 在715cm范畴内任意挑选,通过键盘设定帆板欢迎下载精品学习资源转角,范畴为 060;要求 在5秒内达到设定值,并实时显示;最大误差的肯定值不超过5;( 3)其他欢迎下载精品学习资源摘要本系统通过调剂风扇风速来实现对帆板转角的掌握, 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固;主要是以STC89C
4、52RC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,最终由液晶显示器来显示系统的全部信息;单片机输出PWM脉冲来掌握风扇的风速,通过角度传感器测量帆板的旋转角度并反馈至单 片机,采纳PID 掌握算法,使系统实现精确掌握,然后微调风速的大小使帆板角度达到设定值并稳固;并且在达到 设定范畴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,使最终转角肯定值误差不超过5.;欢迎下载精品学习资源关键字: STC89C52R;C法; A/D 转换器液晶显示; 角度传感器; PID 算欢迎下载精品学习资源AbstractThe sy
5、stem through the adjustment to achieve the board fan speed control of the angle, make the board of the angle changewith the wind speed, andcanquicklyreachasetAngleandremainstable MainSTC89C52 microcontrollerasthecontrolleris core the keyboard set the board Angle, and then bytheA/Dconverterconversion
6、ofdatasenttotheSCM processing system after the Angel of automatic reach A set, and finally by LCD monitor to show allof the information system Single chip microcomputerto control PWM pulse output the fanswind speed, through the measurement of Angle sensor board rotation Angle and feedback to the sin
7、gle chip microcomputer,PID control algorithm , make accurate欢迎下载精品学习资源control system, and the size of the board to fine-tunewindspeedtosetdataandstableAngle.And inreachasetrangeforsoundandlightalarm prompt.Throughthedebugging,makevarious performanceindicatorsaretomeetthedesign requirements,make thef
8、inalangleabsolute value error is no more than 5 .Key word : STC89C52RC,Liquid crystaldisplay,Anglesensor,PIDalgorithm , A/D converter欢迎下载精品学习资源目 录1. 方案论证与挑选 01.1 系统的基本组成 01.2 各模块方案论证与挑选11.2.1 主掌握器挑选及论证11.2.2 角度监测方案比较 21.2.3 风扇掌握方案 31.2.4 驱动模块的挑选 41.2.5 显示模块的挑选 41.2.6 电源模块的挑选 51.2.7 A/D转换模块的挑选 51.2.8
9、 语音播放模块 61.3 系统各模块的最终方案7 2系统理论分析与运算82.1角度测量原理 8 3硬件电路的设计 83.1 系统硬件的基本组成83.2 各部分硬件电路模块设计93.2.1 主掌握电路模块设计93.2.2 角度监测模块电路的设计103.2.3 A/D转换模块电路的设计113.2.4 风扇驱动模块电路的设计123.2.5 键盘掌握模块电路的设计123.2.6 LCD显示模块电路的设计133.2.7 声光提示模块电路的设计133.2.8 语音播放模块电路的设计143.2.9 电源掌握模块电路的设计15 4 . 软件设计 154.1 掌握算法 154.1.1 定频调宽法 154.1.2
10、 积分分别算法 164.1.3 遇限减弱积分算法 174.2 程序设计思路图 174.3 系统软件主流程图 175 系统测试仪器19总结 20致谢 21参考文献 22附录 123附录 223欢迎下载精品学习资源1. 方案论证与挑选1.1 系统的基本组成题目要求设计制作一个帆板掌握系统,通过对风扇转速的掌握,调剂风力大小,转变帆板转角 ;依据题目要求 ,本系统可以分为掌握部分、信号检测部分和电源部分;掌握部分就包括显示模块、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;电源部分就给各部分供应电源,系统图如图 1.1 所示:图
11、1.1 系统总框图欢迎下载精品学习资源1.2 各模块方案论证与挑选1.2.1 主掌握器挑选及论证方案一:采纳FPGA(现场可编程门阵列)作为系统的掌握器;将全部的器件集成在一块芯片上,这样外围电路 较少,掌握板的体积小,稳固性高,扩展性能好;而且FPGA采纳并行的输入 / 输出方式,系统处理速度快,再加上FPGA有便利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,算术运算才能不强,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表达;方案二:采纳 DSP作为掌握器; DSP具有强大的掌握和信号处理才能,片内具有快速 RAM和 flash
12、 ;其次有接口便利、编程便利、稳固性好、精度高等优点;此题主要利用处理器掌握风扇的转速,数据处理方面要求不高;方案三:采纳 Atmel 公司的 89 系列的单片机作为系统的掌握器;单片机掌握功能强,软件编程敏捷,可用软件较简洁的实现规律掌握,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形下完全可以完成风扇转速的掌握;综合比较,本系统采纳方案三;欢迎下载精品学习资源1.2.2 角度监测方案比较方案一:采纳角度传感器监测;角度传感器SYD35D4欢迎下载精品学习资源线性度为 1%,旋转扭矩为2010-4 NM ,辨论率高,最为关欢迎下载精品学习资源键的
13、是它采纳滚珠轴承的机械结构便利与帆板轴承相结合测量角度; SYD35D4 有机械寿命长,辨论率高,转动顺滑,动态噪声小的优良性能;且该方案实现较易;方案二:采纳倾角传感器监测;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掌握系统,影响角度测量的精度;方案三:采纳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
14、 轴和 Y 轴上的重量,可以运算出其在垂直平面上的倾斜角度;依据如图1.2所示,有Ax=gsin , Ay=gcos欢迎下载精品学习资源Ax ;就 AyAy=tan 即 =arctanAx . 这样,依据以上原理欢迎下载精品学习资源一个 2 轴加速度传感器可以测量在X-Y 平面上的倾斜角度;该方案原理简洁,操作便利,但使用起来运算量较大,程序较为复杂,对于单片机来说,处理时太慢且复欢迎下载精品学习资源杂;图 1.2加速度传感器角度测量原理综合比较,本系统采纳方案一;1.2.3 风扇掌握方案方案一:转变励磁电流调速;在这种调速方法中,随着电动机磁通 的减小,转矩相应地降低;通常只有在电动机基速以
15、上调速时才采纳这种调速方法;方案二:转变电枢回路电阻调速;这种调速方法为有级调速,转速变化率大,轻载下很难得到低速,效率低, 故这种调速方法很少使用;方案三:采纳 PWM调速; PWM技术实现数字方式掌握模拟信号;它的开关频率较高,快速响应特性好,动态抗干扰才能强,产生的数字脉冲信号稳固牢靠;通过选用定频调宽法简洁用单片机实现对风扇风速稳固、匀称的掌握;综合比较,本系统采纳方案三;欢迎下载精品学习资源1.2.4 驱动模块的挑选方案一:采纳 ULN2803在输入 5V工作电压下可最大驱动电压 50V、电流 650mA的负载,风扇运行起来稳固,牢靠性强;因此可选用 ULN2803构成风扇驱动电路;
16、方案二:采纳 L298N驱动芯片; L298N芯片是较常用的电机驱动芯片;该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入,具有良好的抗干扰性能,可用单片机的I/O 口供应信号,其输出的 PWM脉冲掌握直流电机,能够对电机转速的上升与下降进行平滑调剂,保证调剂过程中本身对风扇的影响最低,但是 L298N的发热太快不能长时间工作;方案三:采纳大功率三极管,二极管,电阻电容等元 件;用上述元件搭建两个H桥,通过对各路信号放大来驱动电机,原理简洁;但由于放大电路很难做到完全一样,当电机的功率较大时运行起来会不稳固,很难精确掌握;综合比较,本系统采纳方案一;1.2.5 显示模块的挑选方案一:用 LED 显示
17、,优点亮度高、成本低,易于单片机编程,但是显示时占用I/O 口多,显示信息量不足;方案二:采纳 LCD_12864液晶显示,功耗低、无辐射显示稳固、抗干扰才能强,编程掌握简洁,使用便利,显示信息才能强等特点,且分行显示能够清晰的看清系统所运欢迎下载精品学习资源行的全部信息;方案三:采纳 LCD-1602液晶显示,其显示是采纳背光照亮,对人眼损害很弱,再次LCD又是一种节能灯,功耗小,使用寿命长等优点,不需要外加蕊片组合,可以直接与单片机连接;单片机可以通过软件编程,来实现对液晶的显示的掌握与设定;使用起来非常便利,但是此系统设计显示的内容较多,用 LCD1602显示不完整;考虑到本设计的要求,
18、我们挑选方案二;1.2.6 电源模块的挑选使用沟通电 220v 供电,搭建独立电源模块,经变压器变压后,再用7812、 7805芯片进行稳压; 5V电源为单片机及其他传感器、显示屏等模块供电;使用220v 沟通电不仅能保证电量充分,而且相对于干电池有恒定的电压和电流;简洁完成本设计的要求;所以我们采纳此方案;1.2.7 A/D转换模块的挑选方案一: TLC1543美国 TI 司生产的多通道 10位模数转换器;采纳串行通信接口,具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口的特点,可广泛应用于各种数据采集系统,但其AD转换精度不能满意该系统对帆板角度的精确测量;方案二:采纳 8位的 A/D转换器 M
19、AX1113构成 A/D转换电欢迎下载精品学习资源路;采纳单一的 5V电源供电,性价比高、易于与单片机接口连接,但是我们对此芯片原理不够熟识;方 案 三 : ADC0804是 属 于 连 续 渐 进 式 ( SuccessiveApproximation Method)的 A/D转换器,它是 8 位,即辨论率为 1/256 ,转换值介于 0 255之间,采纳单一的 5V电源供电;这类型的A/D 转换器除了转换速度快(几十至几百us )、辨论率高外,仍有价钱廉价的优点,普遍被应用于微电脑的接口设计上;依据本设计的要求和我们对芯片的熟识程度,我们最终选用了方案三;1.2.8 语音播放模块方案 一
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- 2022 帆板 控制系统 课程设计 设计
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