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1、毕业设计（论文）任务毕业设计（论文）任务 书书电子信息工程电子信息工程 系系 12 届届 应用电子技术应用电子技术 专业专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（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L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
2、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I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。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图 1 帆板控制系统示意图二、要求1 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。（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455范围内。要求控制过程在10秒内完成，实时显示，并有
3、声光提示，以便进行测试。2 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II大误差的绝对值不超过5。（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。（3）其他摘摘 要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
4、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。关键字：关键字：STC89C52RC； 液晶显示； 角度传感器； PID算法； A/D 转换器IIIAbstractAbstractThe system through the adjustment to achieve the board fan speed control of th
5、e 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
6、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 fans wind speed, through the measurement of Angle sensor board rotation Angle and feedback to the single chip microcomputer, PID control algorith
7、m, 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 IIIrequirements, make the final angle absolute
8、 value error is no more than 5 .KeyKey wordword: STC89C52RC, Liquid crystal display, Angle sensor, PID algorithm , A/D converter 目目 录录 1方案论证与选择 .1 1.1 系统的基本组成.1 1.2 各模块方案论证与选择.1 1.2.1 主控制器选择及论证.1 1.2.2 角度监测方案比较.2 1.2.3 风扇控制方案.3 1.2.4 驱动模块的选择.3 1.2.5 显示模块的选择.4 1.2.6 电源模块的选择.4 1.2.7 A/D 转换模块的选择 .4 1.2
9、.8 语音播放模块.5 1.3 系统各模块的最终方案.5 2系统理论分析与计算 .6 2.1 角度测量原理.6 3硬件电路的设计 .7 3.1 系统硬件的基本组成 .7 3.2 各部分硬件电路模块设计.7 3.2.1 主控制电路模块设计.7 3.2.2 角度监测模块电路的设计.8 3.2.3 A/D 转换模块电路的设计 .9 3.2.4 风扇驱动模块电路的设计.9 3.2.5 键盘控制模块电路的设计.9 3.2.6 LCD 显示模块电路的设计 .10 3.2.7 声光提示模块电路的设计.10 3.2.8 语音播放模块电路的设计.10 3.2.9 电源控制模块电路的设计.11 4 .软件设计 .
10、12 4.1 控制算法.12 4.1.1 定频调宽法 .12 4.1.2 积分分离算法 .12 4.1.3 遇限削弱积分算法 .13 4.2 程序设计思路图.13 4.3 系统软件主流程图.13 5 系统测试仪器 .15 总 结 .16 致 谢 .17 参考文献 .18 附录 1.19 附录 2.1901 1方案论证与选择方案论证与选择1.11.1 系统的基本组成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
11、。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：图 1.1 系统总框图 11.21.2 各模块方案论证与选择各模块方案论证与选择1.2.11.2.1 主控制器选择及论证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
12、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。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。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。综合比较，本系统采用方案三。21.2.21.2.2 角度监测方案比较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，分辨率高，最为关MN 4-1020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。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。方
