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1、 .wd.目录一、 引言1二、系统方案1一方案论证与比较11、主控电路12、角度传感器的选用23、按键选用24、显示25、电机的驱动26、风扇37、电源3二 总体设计方案3三、理论分析与计算3一距离计算3二角度计算4三控制算法4四、电路与程序设计4一硬件设计41、总体电路图见附录142、主控电路43、风扇控制54、显示模块55、声光提示模块66、传感器模块6二软件设计61、风扇控制算法设计62、声光提示算法设计73、系统流程图7五、系统测试7一测试方法与仪器7二测试结果81、功能要求测试82、按键控制风力等级测试8三测试结果分析9六、设计总结9参考文献9附录1 硬件原理图10附录2 程序代码1
2、1帆板控制系统摘要：报告介绍基于STC89C52单片机的帆板角度控制系统，系统可以利用风扇控制装置对帆板角度进展控制，并通过LCD12864实时显示角度变化。还可依据设定的帆板角度信息智能控制风扇转速，在很短时间内5秒以内动态调整帆板摆角，同时实时显示帆板角度等信息。系统包括：单片机主控模块、角度信号采集模块、键盘输入模块、显示模块、电源模块、风扇电机驱动模块。系统主控模块采用性价比高的单片机最小系统；选用ADXL345加速度传感器完成系统角度信号采集功能；利用LCD12864实时显示角度变化的信息，5*6矩阵键盘完成风力等级和角度设定的输入；系统电源模块采用两路稳压输出电路5v、15v，提供
3、控制系统与风扇电机的工作电源；风扇电机采用L298N模块驱动。本系统制作本钱较低、工作性能控制稳定，能很好到达设计要求。关键词： STC89C52；加速度传感器；LCD12864；L298N一、 引言单片机又称单片微控制器，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度等物理量的测量。本系统就是以单片机为核心建设起来的，要实现对帆板转角大小的控制，其归根就是对风扇的控制，帆板的转角随着风扇风力的变化而变化，角度传感器给单片机不同的角度检测信号，经单片机
4、处理后在LCD液晶上显示，同时给出声光提示。系统表达了模块化的设计理念，将单片机和各个器件结合在一起，完成系统化的设计，充分发挥了单片机的可靠性、可操作性和强大处理功能。二、系统方案一方案论证与比较1、主控电路【方案一】采用可编程逻辑器件FPGA作为控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，IO资源丰富，易于进展功能扩展。但本系统不需要复杂的逻辑功能，且从使用、功耗及经济的角度考虑我们放弃了此方案。【方案二】STC89C52 单片机采用STC89C52 单片机作为主控器，其算术功能强，软件编程简洁灵活、自由度大 ，可用软件编程实现各种逻辑控制功能，且其功耗低、技术成熟，本钱低廉。本系统主要是
5、进展信号的处理以及风扇电机的控制。综合考虑，本系统设计的功能依靠51单片机均可实现，故采用方案二。2、角度传感器的选用【方案一】用UZZ9001Y与KMZ41连接构成一个角度测量系统。电路组成繁琐，制作较困难，稳定性较差。【方案二】倾角传感器。该集成芯片为专用的水平倾角测量芯片，具有体积小、灵敏度高等优点，但是输出为模拟信号，需要用到DA转换，操作间为复杂，且占用I/O口较多，不利于本统功能模块的操作。【方案三】用ADXL345数字加速度传感器。ADXL345是一款小而薄的超低功耗的3轴加速度计，可测量帆板在斜面所受重力加速度在斜面上的分量，进而转换成倾斜角，测量精度较高。ADXL345输出信
6、号为数字信号，防止了A/D转换，操作简单；此外ADXL345只需用到两个I/O口，占用资源少，能满足本设计的要求。本系统选择了第三种方案。3、按键选用【方案一】采用独立键盘。多个使用时，线路连接不便，操作繁琐。【方案二】采用5*6的距阵键盘，可输入的值比较多，可设定的功能也多。在本系统中需要多个键，系统选择了第二种方案。4、显示【方案一】使用数码管显示。要完成功能电路的显示需要多个数码管，此方案占用I/O口多，连接不便，显示效果差，功耗大。【方案二】用LCD1602液晶显示。1602是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式，1602分为上下2行，每行显示16个字符。驱动简单，但不能显示汉字。
7、【方案三】用LCD12864液晶显示。LCD12864功能强大，不仅能显示字母、数字、符号，还可以显示汉字和图形，最多可显示4行，每一行最多显示8个中文，16个半宽字体。最好选用带字库的，方便编写程序。LCD12864和LCD1602使用方法类似，驱动简单，耗电量小，无辐射危险，显示直观、抗干扰能力强，但体积较大。本系统选择了第三种方案。5、电机的驱动【方案一】用分立w元件构成的H桥电路利用分立三极管元件构成的H桥电路构造简单，但驱动能力有限，所带负载不可过大。【方案二】采用L298N集成H桥芯片。在L298N集成芯处中集成了两套H桥电路，可直接驱动两路直流电机，利用单片机产生的PWM信号，可
8、方便地进展电机调速。【方案三】用ULN2003功率放大器件。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管w组成。通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可到达不同的放大的要求，放大后能得到较大的功率。本系统设计采用方案二。6、风扇【方案一】用普通的散热风扇。风力小，风力流失大，很难到达系统要求。【方案二】用带通风通道的风扇。风力集中，流失小，能很好的吹动帆板。本系统设计采用方案二。7、电源【方案一】自制稳压电源。采用变压器与三端稳压器相结合，使220V电压经变压器变压，降为系统所需电压，过整流桥并利用两个大的电容滤波，从而得到较为稳定的直流电压。自制电源体积大，需接入2
9、20V电压，电压不稳定，使用不方便。【方案二】三块6V蓄电池串联供电。直接选用所需型号蓄电池，能量足，供电稳定，上下温适应性强。本系统选用第二种方案。二 总体设计方案系统功能的实现，以STC89C52单片机为核心，在单片机系统实现的输入输出和显示功能的根基上，由单片机的内置逻辑和运算功能，加上外围电路得以实现。根据设计任务要求，该电路的总体框图可分为几个 基本的模块，总体框图如以下图21所示：图21总体框图三、理论分析与计算一距离计算帆板尺寸：长 15cm，宽 10cm。风扇到帆板的距离：715cm。本系统帆板转轴直径0.5cm二角度计算帆板转角：060度。帆板转角测量原理：风扇吹动帆板转动，
10、产生帆板角度变化，利用ADXL345数字加速度传感器测出三维坐标x 、y 、z的变化，将加速度传感器固定在帆板上，从而通过固定y，利用x 、z的关系求出角度。角度=(180*atan(temp z/temp x)/3.14。角度的测量范围是090，可以满足系统要求。三控制算法首先利用键盘控制风扇的转速，使帆板能够偏转一定的角度，再利用加速度传感器测出帆板的角度，送显示电路显示。具体控制算法采用C语言编程实现，具体程序代码见附录2。四、电路与程序设计一硬件设计1、总体电路图见附录12、主控电路系统采用STC89C52单片机构成主控制电路，电路如图41所示：图41主控电路3、风扇控制风扇电机选用L
11、298N模块驱动，并由4*4按键矩阵控制PWM，改变电机速度，到达控制风扇风力大小的目标。L298N驱动模块如以下图42所示：图42风扇控制4、显示模块使用LCD12864显示，如以下图43所示：图43显示模块5、声光提示模块图44声光提示模块6、传感器模块图45传感器模块二软件设计1、风扇控制算法设计风扇控制算法如以下图46所示：图46风扇控制算法2、声光提示算法设计声光提示算法如以下图47所示：图47声光提示算法3、系统流程图整个系统程序流程图如图48所示：图48系统流程图五、系统测试一测试方法与仪器利用四位半数字万用表、秒表、量角器等设备通电对系统进展测试。二测试结果1、功能要求测试序号
12、指标目标值实测值1显示范围为0-60，实时显示。0-662分辨力为2，绝对误差5。分辨1误差33使帆板转角稳定在455范围内，制过程在10 秒内完成，实时显示，并由声光提示5秒4在5 秒内到达设定值5秒表 12、按键控制风力等级测试 风力等级角度W角度W角度W000051111091011152322232025293125373739304039403547464340494951455152535055565255555754605859576557605870606259756163608064636485656465906565659565656599666666表 2三测试结果分析本
13、系统总体性能良好。但是也有缺乏的地方，由于帆板摆动大的问题，当系统工作时，影响到转角实际测量的准确性。这个地方有待改进。六、设计总结本方案的系统设计 基本符合2011年全国大学生电子设计竞赛试题F题的要求。通过本次设计，深深感到理论与实践之间的差距。很多知识点在理论上完全理解了，但到具体的电路设计与实现中，会出现很多一时无法理解的问题，要通过不断测试修改软硬件，才能用理论来指导实践，进一步深入理解理论。参考文献1 郭天祥. 51单片机C语言教程. 北京：电子工业出版社，2009年.2 阎石. 数字电子技术根基第四版. 北京: 高等教育出版社，1997年.3 李建忠单片机原理及应用西安：西安电子科技大学出版社，2002年附录1 硬件原理图附录2 程序代码主函数/*/#include#include control.h#include 12864.h#include ADXL.H#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key=P27;void timer_init()TMOD=0X10;TH1=(65535-100)/256;TL1=(65535-100)%25
