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1、2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日III摘 要 A4纸纵向打印，每页上方留出3cm空白，每页右下端注明页码（摘要）300字以内 正文小四宋体 标题字号自定 轴流风机已有悠久的历史，它以其通流范围大、全风压范围宽，尺寸小和驱动功率要求不高的特点而在电力、冶金、建筑、采矿、航空等重要领域发挥着积极的作用。因此，继续发展、研究轴流风机具有十分重要的现实意义。 本课题要设计的是风力摆控制系统，通过PWM控制4台轴流风机的转速，使其能够按照所设定的方向运动，并按照设定的距离而运动。 设计的风力摆运动范围是半径为30CM的圆内，通过激光头在地面照射点的移动距离来测量
2、运动范围。并带有四种工作模式，通过12864液晶显示屏和矩阵键盘来选择，运动的角度也可在液晶屏上一并显示。 （示例）电容已经成为电路设计的常用原器件之一，有它不可取代的地位，而最常用的是电解电容，它在使用一段时间之后将会产生偏差，为了能得到它得正确电容值，在使用时往往要测量一下其电容值。因此就用到了电容测量仪 。本课题要设计的是数字式电容测量仪，使其电容值以十进制的数在数码管上显示出来。从而可以直接的看出电容值，相对比较直观，而且误差相对较小（误差约为1）。设计的电容测量仪的测量范围是10uF990Uf，显示的数值N是0099，数字显示器所显示的数字N与被测电容量CX的函数关系是 N=Cx/(
3、10F)。当被测电容值超出量程时数码管呈灭零状态，报警二极管发光。该电容测量仪将在电容测量方面显示出它独特的优越性。（小四、宋体）关键词：脉宽；脉冲；数显；电容（小四、宋体）目 录一、系统方案11、XXXX的论证与选择12、XXXX的论证与选择13、控制系统的论证与选择1二、系统理论分析与计算11、XXXX的分析1（1）XXX1（2）XXX1（3）XXX12、XXXX的计算2（1）XXX2（2）XXX2（3）XXX23、XXXX的计算2（1）XXX2（2）XXX2（3）XXX2三、电路与程序设计21、电路的设计2（1）系统总体框图2（2）XXXX子系统框图与电路原理图2（3）XXXX子系统框图
4、与电路原理图2（4）电源32、程序的设计3（1）程序功能描述与设计思路3（2）程序流程图3四、测试方案与测试结果31、测试方案32、测试条件与仪器43、测试结果及分析4（1）测试结果(数据)4（2）测试分析与结论4五、结论与心得4六、参考文献4附录1：电路原理图5附录2：源程序6风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由单片机STC12C5A60S2模块、L298N电机驱动模块、6050角度传感器模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1、单片机的论证与选择方案一：采用传统的51系列单片机。传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容
5、量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。方案二：采用以增强型80C51内核的STC系列单片机STC12C5A60S2，其片内集成了60KB程序Flash，2通道PWM、16位定时器等资源，操作也较为简单，具有在系统调试功能（ISD），开发环境非常容易搭建。但实际使用了三维角度传感器等对速度要求较高的外设，虽然无法很好地符合设计的需要，但完成基本的四项内容的已经足够。方案三：采用以ARM Cortex-M3为内核的STM32F1系列控制芯片，STM32系列芯片时钟频率高达72MHz，具有64K字节SRAM，512K字节的F
6、LASH容量，具有极强的处理计算能力，虽然能够很好的完成，但操作及编程比较复杂。综合以上三种方案，由于方案二容易使用，且成本较低，选择方案二。2、电机速度控制的论证与选择方案一：采用D/A变换电路将数字量转换成控制电机电压的模拟量。再利用电平的高低达到调速的目的。原理框图如图1所示。本方案达到了利用CPU输出的数字量精确控制模拟量的目的。但原电路比较复杂，成本较高。 方案二：采用脉宽调制方式（PWM）从I/O口输出不同占空比的脉冲，经滤波后获得不同高低电平控制电机。本方案可以达到对速度的控制要求，且控制简单易实现。 通过比较明显方案二最单洁清晰、容易实现、速度快、精度高。从系统指标要求来看，对
7、速度要求较高，低速与高速之间差别较大，且准确度要求高，各个速度之间的切换也要求简单、迅速。采用方案二可利用单片机运行速度快的特点进行速度的快速调整，且方案二速度准确度高、级数多容易达到系统指标要求，所以我们选用方案二作为控制部分具体实施的方案。综合以上两种方案，选择方案二。要求：提出3个独立的方案，少一个扣2分。要指出每个方案的可行性、优缺点，要提出选择所选方案的理由。方案的正确性占6分，要注意科学性、正确性、可行性、实施难度。方案的优良程度是横向比较，而不仅是（本队）三个方案比。主要考虑：全面达标，电路简繁程度，新器件的应用，性价比，设计有无创新。3、电机驱动的论证与选择方案一：采用自搭接的
8、H桥电路选用大功率达林顿管或场效应管自制H桥电路，电路原理简单，具有高效，低功率等特点，但是性能不够稳定，电路调试复杂。方案二：采用芯片L298驱动电机，用单片机控制L298的输入使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。 电子开关的速度很快， 稳定性也极强。 但驱动电流小，无法驱动更大功率的电机，限制了其应用范围。综合以上分析，电机驱动芯片L298N电路设计简单、抗干扰能力强、可靠性好，所以选择方案二3、角度传感器的论证与选择方案一：采用倾角传感器SCA100T-D02。SCA100T-D02是一种静态加速度传感器，当加速度传感器静止时（也就是侧面和垂直方向没有加速度），作用在它上
9、面的重力加速度。重力（垂直）和加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。它测量的角度为X轴和Y轴正负九十度，能够满足题目的要求。方案二：采用水平角度传感器AS5040。这款芯片是一种非接触、高分辨力编码、在零度到三百六十度范围内进行角度测量的传感器芯片。AS5040是一个完整的偏上系统解决方案，它将霍尔元件、模拟前端和数值信号处理器、接口检录集成在单个芯片中。它提供磁钢和增量信号和绝对角度位置，可以放在芯片的上面或下面。经过讨论，虽然这AS5040款传感器能够满足角度的要求，但是实际不好安装到单摆上，安装不好误差非常大，所以我们小组没有采用此芯片。所以我们采用用SCA100T-D02。方案三：M
10、PU-6050为整合性6轴运动处理组件（三轴陀螺仪 + 三轴加速度），其角速度全格感测范围为250、500、1000与2000/sec (dps)，可准确追踪快速与慢速动作。具有精度高。综合以上三种方案，选择方案三。二、系统理论分析与计算重点是电路原理叙述和主要参数的计算。1、XXXX的分析 （1）XXXXXXX（2）XXXXXXX（3）XXXXXXX2、XXXX的计算 （1）XXXXXXX（2）XXXXXXX（3）XXXXXXX3、XXXX的计算 （1）XXXXXXX（2）XXXXXXX（3）XXXXXXX三、电路与程序设计1、电路的设计（1）系统总体框图系统总体框图如图X所示，XXXXXX
11、图X 系统总体框图（2）XXXX子系统框图与电路原理图1、XXXX子系统框图图X XXXX子系统框图2、XXXXX子系统电路图X XXXX子系统电路（3）XXXX子系统框图与电路原理图1、XXXX子系统框图图X XXXX子系统框图2、XXXXX子系统电路图X XXXX子系统电路（4）电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供5V或者12V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。2、程序的设计（1）程序功能描述与设计思路1、程序功能描述根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。1）键盘实现功能：设置频率值、频段、电压值以及设置输出信
12、号类型。2）显示部分：显示电压值、频段、步进值、信号类型、频率。2、程序设计思路（2）程序流程图1、主程序流程图2、XXX子程序流程图3、XXX子程序流程图4、XXX子程序流程图比较简单的电路：直接给出整机电路，然后简述电路工作原理，最后列出有关的元件参数计算。比较复杂的电路：按功能划分单元，分别叙述各个单元电路的设计内容，给出该单元电路图，简述工作原理，列出参数计算。完整性4分，电路图、电路原理、参数计算：分别得分1，1，2分。规范程度2分：元件符号要用新的国标。布局、布线要简洁明了，电路与电路之间的连接要用箭头、符号表示清楚。公式应为工程计算公式，而不是理论公式。可以先给出理论公式，然后给
13、出工程计算公式，但依据必须是工程计算公式。软件设计：要给出程序流程图，设计思想、特色、创新要写上。具体给分，视软、硬件的比重而定四、测试方案与测试结果1、测试方案（1）硬件测试（2）软件仿真测试（3）硬件软件联调2、测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。测试仪器：高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。3、测试结果及分析（1）测试结果(数据)2V档信号测试结果好下表所示： （单位/V）信号值0.20500.21000.20450.40261.0071.5421.6691.999显示0.205
14、10.21000.20440.40261.0061.5421.6691.999（2）测试分析与结论根据上述测试数据，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX，由此可以得出以下结论：1、2、3、综上所述，本设计达到设计要求。事先进行测试方法设计，包括所用仪器、系统连接、调试步骤、测试表格。要保证有序、有目的进行测试，好的测试设计可以收到事半功倍的效果。一定注明所测数是有效值，还是峰值、峰峰值。测试方法必须正确（正确性占4分）。必须记录原始数据，如果有必要，还应重复1次至多次的测量。数据完整程度占4分，项目齐不齐，数据点够不够，要事先考虑周到。测试仪器，注明仪器名称、型号，高档、高精度的、不常用的仪器，应注明档次、等级、精度。给分1分。五、结论与心得（介绍此次课程设计的收获、心得，此部分不能雷同）内容包括：结果分析，总的达标情况，产生误差的原因，改进、改善的措施，该品的优缺点自我评价，特点、特色、创新。结果分析4分特色、创新分，一般510分。有的在报告的50分中给出，有的
