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1、摘要：本设计为一个帆板控制系统，以AT89C52单片机为控制核心，用PWM的方式来控制风力大小，从而吹动帆板偏转，通过角度传感器对帆板角度进行测量，测量结果送回单片机用来控制风力的大小，由此构成了一个闭环控制系统。通过按键可以控制风力大小和帆板角度，用LCD将相关数据显示出来。支架是纯手工制作的木板拼接而成，造型美观、耐用、环保。关键词：比例调节、角度传感器、PWM、LCD、帆板、AT89C52；Abstract：the design for a the panels control system, to control the microcontroller of AT89C52 core,
2、 with the way to control PWM wind blowing the panels, and the size to deflect, through the Angle sensor to measure the panels Angle, the measured results back to the microcontroller is used to control the size of wind power, which constitute a closed-loop control system. Through the buttons can cont
3、rol the size and the panels, wind Angle with the related data display LCD. Stents are pure handmade board joining together into, beautiful shape, durable, environmental protection.Keywords：Angle sensor; PWM; LCD; The panels; AT89C52； 目 录一、任务及要求 1、任务 3 2、基本要求 3 3、发挥部分 3二、方案的设计与论证 1、帆板的设计 4 2、角度测试方案论证
4、 5 3、AD转换电路方案的比较 5 4、风速调节方案的比较 5 5、风扇驱动芯片的比较 5 6、显示方案的比较 6 7、结构框图的设计 63、 理论分析与计算 1、帆板偏转角度的计算 6 2、风速控制的计算 7四、电路的硬件设计与软件设计 1、角度检测电路的实现 7 2、单片机最小系统电路的实现 8 3、风扇控制电路的实现 8 4、液晶显示电路的实现 9 5、系统流程图 9五、系统测试 1、测试仪器 10 2、测试方法及结果 10 3、测试结果分析 11六、设计总结 11附录A 12附录B 18参考文献 19一 任务及要求1、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
5、，改变帆板转角，如图1 所示。2、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。（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d调节装置转速控制风力角度检测信号转轴帆板风扇键盘数字显示F-2在 455范围内。要求控制过程在10 秒内完成，实时显示，并由声光提示，以便进行测试。3、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
6、度。（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。二 方案的设计与论证1、帆板的设计方案一 设计如图所示，将角度传感器固定在悬臂梁上，帆板有小铁片于角度传感器中心轴相连。优点是帆板摆动灵活，制作简单，缺点是帆板固定不稳定，容易与悬臂梁产生摩擦。方案二 如图所示，将传感器装在两支柱的外边，帆板与角度传感器中心轴同轴。优点是帆板稳定，但制作难度较大，中心轴摩擦力较大，帆板灵活度低。 方案三 设计如图所示，将角度传感器固定在两支柱内侧。优点灵活度相对于方案二要高，制作工艺相对简单。经过多次测试，方案三
7、优于其他两种方案，因此，选择方案三。2、 角度测试方案的比较与论证方案一：选用日本sakae思博22HP-10 5K 线性0.25%电位器做 角度传感器，优点是精度高，测量范围广，但灵活度低，价格高，不易于安装。方案二：使用导电塑料电位器作为角度传感器，优点是灵活度高，精度高，易于安装，缺点是测量范围比上面要小。经过两个方案的比较，方案二更适合于题意，因此，我们选用方案二。3、AD转换器方案的比较：方案一：ADC0809转换角度传感器输出的电压。程序简单，转换通道多。此方案缺点在于ADC0809与单片机连接口线多，方案二：采用双通道的ADC0832，此芯片串行输入，占用I/O口较少，电路简单，
8、控制方便。因此选用方案二。4、风速调节方案的比较:方案一：采用PID来控制风速。风速调节稳定，风力大小均匀，但电路控制复杂，难以实现。方案二：通过PWM控制风速。控制结构简单通过调节输出信号的占空比实现了对电机速度的控制。系统低速运行平稳，调节范围较宽，快速响应性好，动态抗干扰性强。因此选用方案二。5、风扇驱动芯片的比较方案一：选用中功率三极管TIP32。额定电流1.5A，饱和压降0.2V，价格低。缺点是功率损耗较大。方案二：选用场效应管IRF540。导通压降非常低，额定电流28A，相比于三级管，更适合于开关电路，且不易受温度的影响。 通过比较可以看出，方案二明显优于方案一，更适合设计中大功率
9、风扇。因此，选用场效应管IRF540.6、显示器方案的比较：方案一：LED数码管显示其角度值，亮度高，成本低，控制简单。显示内容不够丰富。方案二：采用LCM1602液晶显示屏，可显示两行32为数据，显示简单。考虑到本题的要求，只要一片LCD就可以，因此选用此方案。7、结构框图的设计根据以上分析及题目要求，设计任务主要完成风扇风力对帆板角度的精确控制，并能对控制过程中的相关数据进行显示。为完成相应功能，我们设计了如下结构框图。3、 理论分析与计算1、帆板偏转角度的计算帆板系统的难点在于角度的读取，用角度传感器来检测帆板偏转的角度。传感器的精度要求较高，因此，我们采用的角度传感器是一个阻值为5K的
10、WDD35D4精密导电塑料电位器Sensor，其理论电气转角为3602，即转轴旋转接近一周时，Sensor的抽头从一端滑动到另一端，阻值从0K变化5K。由题意可知角度传感器旋转的角度范围为60，在传感器上加上5V电压，计算：5V*60/360=0.833V。电压变化范围是0.833V，经过AD转换后，AD值变化范围为： 256*0.833/5=42.67。所以帆板每偏转1，对应的AD值变化为：42.67/600.7。因此AD值与角度关系如下图：2、 风速控制的计算PWM控制调节风速时，为了达到快速调节的目的，我们进行了如下测试PWM频率45658510512514516518520522524
11、5角度1822252932364045495460由图表数据得PWM与角度成如下图所示关系：由以上可知角度与PWM成正比关系，存在正比例系数K，就有：PWM=K*。在调节某一角度时就可以先送出该角度对应的PWM值，然后再通过闭环系统进行微调。四、 电路的硬件设计与软件设计 1、角度检测电路的实现 在帆板角度的检测工程中我们运用了高精度角度传感器（线性精度0.1%），此传感器通过对帆板偏离竖直角度的测量，对应线性输出一定范围内的电压值，经过多次测试得出帆板的偏转角度与传感器的输出电压成正比关系。将输出的电压通过AD转换送给单片机进行处理，完成对角度的检测。电路如下图：2、单片机最小系统电路的实现
12、 单片机最小系统为整个控制电路的核心部分，它主要完成了对信号的分析与处理。电路如下图。3、风扇控制电路的实现此电路采用场效应管IRF540n作为驱动芯片，风扇采用12V供电，单片机I/O可直接控制场效应管，此电路具有很好的高频特性，抗干扰能力强。 4、液晶显示电路的实现 此电路模块采用了LCD1602芯片来完成实时信息的显示，电路简单，易于控制，显示信息量大。开始5、系统的软件设计（1）软件流程图如下：初始化主程序按键扫描AD转换计算差值S1 S2 S3设定角度S4复位S2 S3控制PWMN判差值PWM占空比的调节显示设定角度、实际角度、差值Y结束五、系统测试1、测试仪器 量角器，螺丝刀。刻度尺：精度1mm。秒表：精度0.01s，两块。2、测试方法及结果（1）使用螺丝刀调节帆板摆动的角度，读出液晶显示角度的度数并记录。1234567891011121314调节角度2561015202530354045505560显示角度2551015202530354144505660（2）设定风扇到帆板的距离为10厘米时，设定角度任意，达到角度耗时数据如下：设定角度1015202530405060达到角度1015202530405060用时（
