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1、全国大学生电子竞赛参赛论文防灾科技学院指导教师：彭宏伟组员：张云博、李孟霖、毕俊新1 全国大学生电子竞赛参赛论文帆板控制系统（F题）摘要：本设计采用 STC9C52单片机作为帆板控制系统的核心，整个系统由帆板控制器、DCDC降压电路、液晶显示电路、键盘输入电路、直流风扇驱动电路、角度测量电路、声光提示电路构成。角度传感器 MM7361L将实时采集到的角度数据以模拟电压的形式传递给模数转换器，经单片机处理后显示在 LCD2864液晶屏上,并可通过键盘设定风速和角度，利用 PWM对风扇进行调速，实现帆板的姿态调整，当达到设定要求时可进行声光提示，并且加了入语音播报、风扇距离调节等人性化设计。该系统
2、具有测量准确、控制灵活的优点。 关键词：STC89C52单片机，角度测量，PWM直流电机调速，DC-DC降压2 全国大学生电子竞赛参赛论文目录1.系统方案选择和论证 . 51.1各模块方案选择和论证 . 51.1.1控制器方案 . 51.1.2电源方案 . 51.1.3风扇驱动方案 . 61.1.4角度测量方案 . 61.1.5数字显示方案 . 71.1.6键盘模块设计方案 . 71.2系统各模块的最终方案 . 82系统的硬件设计与实现 . 82.1系统硬件的基本组成部分 . 82.1.1电源电路 . 92.1.2角度测量电路 . 92.1.3风扇控制电路 . 102.1.4单片机外围电路 .
3、 112.1.5声光提醒电路 . 123.软件设计与算法分析 . 133.1PW 电机调速算法 . 133.2角度测量算法 . 143.3风扇控制算法分析与选择 . 153.4总体程序流程图 . 164.系统测试 . 184.1测试仪器 . 184.2测试数据与分析 . 185 结论与总结 . 183 全国大学生电子竞赛参赛论文参考文献 . 19附录 1主要元器件清单 . 19附录 2总体电路图 . 204 全国大学生电子竞赛参赛论文1. 系统方案选择和论证1.1 各模块方案选择和论证 1.1.控制器方案 根据题目要求，控制器主要用于对倾角传感器传回的数据进行处理，对于控制器的选择有以下三种方
4、案。方案一：帆板控制系统采用传统的 STC89C52单片机作为调节装置和风扇控制的核心。STC89C52单片机具有价格低廉,使用简单和广泛性特点，并且运算速度，功能都能满足中端产品开发，另外还可以扩展外围模块。使用 STC系列单片机，该系列单片机是高集成单片机，功能和性能都要比 51系列强大很多，而且内部集成了内置振荡器和复位，EEPROM、ADC、PWM、四态 I/O接口。 方案二：帆板控制系统采用以 ARM为系统控制器采用 32位 RISC微处理器 ARM实现调节装置和风扇控制功能的核心，能完成研究题目的要求，但是ARM不适合多线程操作，另外应用在系统中会使电路和软件设计变得复杂。 方案三
5、：帆板控制系统采用 FPGA作为系统控制器核心，因为 FPGA可以直接用硬件扫描、编码、解码、纠错，稳定性高、扩展性能好、体积小，可以提供丰富的逻辑单元和 I/O资源。具有很强的实时性和准确性。可以实现各种灵活控制。因此特别适合复杂逻辑电路设计，但 FPGA的成本偏高。方案比较结果：虽然 51单片机处理速度较低，相对于 FPGA的性能，有一定的不足之处，但 FPGA与单片机相比，价格较高，显得大材小用，性价比偏低，而 51单片机足以满足帆板控制系统的设计需要。1.1.电源方案 由于电路中各模块需要 18V，5V，3.3V三种电源进行供电，提出以下两种方案。方案一：采用电池组供电。方案二：自行设
6、计直流降压电路。5 全国大学生电子竞赛参赛论文电池组难以满足要求，这里我们选择由直流稳压源直接提供风扇所需的18V电源，并通过三端稳压芯片 785和 1117-3.3实现降压并稳压的双重功能。1.1.风扇驱动方案 本设计中使用的风扇为台式计算机的散热风扇，其内部为一个直流电动机为了控制电机的转速，电机驱动模块是必不可少，其方案有一下两种。方案一：采用大功率晶体管组合电路构成驱动电路，这种方法结构简单，成本低、易实现，但由于在驱动电路中采用了大量的晶体管相互连接，使得电路复杂、抗干扰能力差、可靠性下降，我们知道在实际的生产实践过程中可靠性是一个非常重要的方面。因此，此中方案不宜采用。方案二：采用专用的电机驱动芯片，例如 L298N、L297N等电机驱动芯片，由于它内部已经考虑到了电路的抗干扰能力，安全、可靠行，所以我们在应用时只需考虑到芯片的硬件连接、驱动能力等问题就可以了，所以此种方案的电路设计简单、抗干扰能力强、可靠性好。设计者不需要对硬件电路设计考虑很多，可将重点放在算法实现和软件设计中，大大的提高了工作效率。基于上述理论分析和实际情况，电机驱动模块选用方案二。1.1.角度测量方案 方案一：采用光电编码器。需在其轴上安装重锤才能进行倾角检测，且进
