帆板控制系統(tǒng)(基于STM32)

1、帆板控制系統(tǒng)加書簽 收藏 下載 跳至底部閱讀:123次 大小:10KB(共4頁(yè))帆板控制系統(tǒng)摘要： 摘要：本系統(tǒng)以 STM32F103ZE 的 ARM 芯片為主控 CPU，通過程序設(shè)計(jì)輸出 PWM 信號(hào)給直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板以驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇上的直流電機(jī)，從而帶動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。 用 LSM303DLH3 三軸加速度傳感器檢測(cè)帆板偏轉(zhuǎn)角?？梢杂面I盤設(shè)置 PWM 占 空比來改變風(fēng)扇風(fēng)速以控制帆板的偏轉(zhuǎn)角。還可以直接設(shè)置帆板偏轉(zhuǎn)角，CPU 根據(jù)設(shè)置的偏轉(zhuǎn)角和三軸加速度傳感器檢測(cè)的帆板偏轉(zhuǎn)角的差，自動(dòng)調(diào)節(jié) PWM 的占空比改變風(fēng)扇風(fēng)力大小，使帆板自動(dòng)偏轉(zhuǎn)到設(shè)定角度。通過 LCD5110

2、的液 晶顯示模塊，可以實(shí)時(shí)數(shù)字顯示帆板的偏轉(zhuǎn)角和調(diào)節(jié)風(fēng)力大小占空比。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：STM32 加速度傳感器 PWM 偏轉(zhuǎn)角 帆板 Abstract: This system to the ARM chips STM32F103ZE as control core, through the program design PWM signal output, in the to control dc motor drives board. With LSM303DLH3 sensor chip transmission Angle to signal to adjust the motor

3、to control PWM signal motor speed. At the same time use the keyboard can be set rotation, adjust the panels of the chip, reached the PWM signal set the panels rotation Angle. The keyboard also can adjust the PWM signal, and then chip can adjust the fan speed, to change the panels of the rotation Ang

4、le through the regulation, and eventually to test LCD5110 liquid crystal display (LCD) module, show the panels of the deflection Angle. Key words: STM32 sailboard Angle sensor一、帆板控制系統(tǒng)總框架結(jié)構(gòu)圖和總體方案 帆板控制系統(tǒng)總框架結(jié)構(gòu)圖和總體方案 根據(jù)題目的要求，帆板控制系統(tǒng)由主控芯片模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示 模塊，鍵盤模塊等組成。系統(tǒng)框圖如圖 1。并且對(duì)其中各模塊的功能，分別做 了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了論證。

5、并作出了總結(jié)。圖 1,系統(tǒng)框圖1.1 方案論證與比較 1.1.1 主控 CPU 模塊； 方案一：采用 51 單片機(jī)作為主控芯片。 方案二：采用 STM32F103ZE 作為主控芯片，其自帶 16 通道 12 位 A/D,多達(dá) 7 個(gè)定時(shí)器，資源豐富，功耗低，速度高，主頻可達(dá) 72Mhz，并且穩(wěn)定性較強(qiáng)， 但其編程有相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)。 由于本系統(tǒng)有反饋控制，對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高，另外，考慮到系統(tǒng)會(huì)用到 控制算法，需要 CPU 處理速度和運(yùn)算能力相對(duì)比較高。而且 STM32 本身自帶 PWM 模塊和 IIC 接口模塊，編程和使用比較方便，不占用系統(tǒng)資源，因此綜合 考慮我們采用第二種方案； 1.1.2 風(fēng)

6、扇 方案一，步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)時(shí)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移開環(huán)控制 元，它的啟動(dòng)停止取決于脈沖，其慣性很小，步進(jìn)電機(jī)可以精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù) 和方向，是精確控制風(fēng)扇的理想電機(jī)，由于步進(jìn)電機(jī)功耗大，價(jià)格昂貴， 而且在本題目中對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)停止要求不高， 而步進(jìn)電機(jī)控制控制復(fù)雜， 因此我們選用直流第1/4頁(yè)窗體頂端電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇。 方案二：采用直流電機(jī)，控制直流電機(jī)的外圍電路容易實(shí)現(xiàn)，且控制簡(jiǎn)單， 只需很少的外圍電路，原理和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，直流電機(jī)，通過脈沖控制直流電機(jī) 旋轉(zhuǎn)性能好，并考慮到性價(jià)比的問題。 綜合考慮，我們選擇方案二在本題目中非常適合。1.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一：用 L298 作驅(qū)

7、動(dòng)芯片 方案二：BTS7960 作驅(qū)動(dòng)芯片BTS7960 是半橋驅(qū)動(dòng)芯片，就是說需要 2 個(gè)芯片來驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)，電流最高 43A，其 內(nèi)阻很小，所以散熱不是很厲害。12V,1.35A1.1.3 LCD 顯示屏 方案一：LED 數(shù)碼管顯示：LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，它是實(shí)現(xiàn)顯示角度的最簡(jiǎn)單的方案，而且顯示較比清晰，但數(shù)碼管，最大 的缺陷是顯示信息量有限。 方案二： LCD1602 ： LCD1602 能夠顯示較數(shù)碼管多的內(nèi)容， 但是不夠清晰， 而且我們?cè)诒敬晤}目中要顯示三行以上的內(nèi)容。 方案三：LCD NOKIA 5110 可以顯示較為復(fù)雜的圖形，在本題中我們要在三 頁(yè)上分別顯示脈沖占空比、帆板實(shí)

8、時(shí)轉(zhuǎn)角、帆板角度的設(shè)定值，LCD NOKIA 5110 顯示屏可以勝任這份工作，所以我們選用方案三。 1.1.4 角度傳感器 方案一， （編碼器）WDD35D-4 電位器是角度傳感器，其輸出時(shí)模擬 電壓值，因此使用該角度傳感器需要配合相應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，較為麻 煩。 方案二，LSM303DLH（3 軸數(shù)字加速度傳感器）模塊集成了芯片所需的 所有電阻電容，僅需外接電源，地通過 IIC 接口直接讀取數(shù)據(jù)，即 LSM303DLH3 軸數(shù)字加速度傳感器模塊輸出為數(shù)字信號(hào)主芯片可直接處 理，較為方便，所以我們經(jīng)過討論選用了第二種方案。 1.2 最終方案 經(jīng)過反復(fù)的論證，我們最終確定了如下方案： 1

9、，采用 STM32F103ZE 為主控芯片。 2，采用直流電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇。 3，采用 LCD NOKIA5110 液晶顯示屏。 4，選用 LSM303DLH3 軸數(shù)字加速度傳感器模塊和 3 軸數(shù)字電子羅盤六軸 模塊。 二，電路設(shè)計(jì) 2.1.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由STM32F103ZET6主控芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的控制。由于風(fēng)扇選用 的是直流電機(jī)，因此可以采用PWM調(diào)速，即通過調(diào)節(jié)輸入信號(hào)占空比的大小來 控制電機(jī)的加減速，從而達(dá)到控制風(fēng)速的風(fēng)力。具體電路如圖2所示。STM32 I/O I/O VCC I/O I/OBTS 7960MBTS 7960GND圖2風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2,.1.2.液晶

10、顯示模塊 液晶顯示應(yīng)用的是 NOKIA5110，該液晶顯示清楚，顯示信息量大，顯示接 口如圖 3 所示。1 2 3 4 5 6 7 8 LCD5110圖33.3V PA5 PA7 PA1 PA3 PA2 GND 3.3VLCD5110 顯示模塊2.13.鍵盤電路 由于本題目控制的量不多，鑒于此，我們采用 5 個(gè)獨(dú)立按鍵來分別控制傳 感器返回的角度值， 設(shè)置角度的加減， 顯示占空比的加減， 和一個(gè)確定鍵， 具體電路見圖 4VCC1KKEY1 PE01K第2/4頁(yè)KEY2 PE11KKEY3 PE21KKEY4 PE41KKEY5 PE6圖四鍵盤電路2.14.聲光提示電路 本個(gè)題目的聲光提示電路采

11、用的是蜂鳴器和發(fā)光二極光，控制簡(jiǎn)單，方便，而且 價(jià)格低廉，并能達(dá)到良好的效果，所以我們果斷選擇了它們，它們的功能 便于進(jìn)行調(diào)試，即蜂鳴器只有在誤差范圍以外就響了。具體電路圖如圖五3.3V 220 LED0 PA6圖五 聲光提示模塊2.15.傳感器模塊電路 LSM303DLH（3 軸數(shù)字加速度傳感器）模塊可以通過 IIC 接口直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，對(duì)于處理角度，效果很好的，具體電路圖 見圖六5 4 3 2 1 LSM303DHL3.3V PB6 PB7 NC GND圖六,角度傳感器模塊2.165V 穩(wěn)壓電源模塊（LM2940）主控芯片的供電電源是 3.3V，其板上有個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊，可將不是 3.

12、3V 的轉(zhuǎn) 換成 3.3V，LM2940 是低壓差線性穩(wěn)壓器.，因此我們選擇了他 LM2940 比 7805 的轉(zhuǎn)換效率高。因此我們選擇了它，具體電路如圖七KEY0 12V C1 47uF LM2940 Vin Vout GND 5V C2 22uFGND圖七5V 穩(wěn)壓電路三軟件設(shè)計(jì) STM32 系列微控制器采用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，開發(fā)調(diào)試環(huán)境為 Keil4.，四系統(tǒng)的測(cè)試與調(diào)試 （一）.測(cè)試儀器： 量角器、直尺、示波器、萬用表，計(jì)算器，秒表。 （二）.測(cè)試方法和結(jié)果 1、用手轉(zhuǎn)動(dòng)帆板時(shí)，顯示帆板的轉(zhuǎn)角如見表 1。當(dāng)帆板垂直不動(dòng)時(shí)，此時(shí)角度傳感器反饋角度為 0 度。然后，用手將帆板緩 慢提

13、升角度，觀察并記錄此時(shí)傳感器反饋的角度。保持現(xiàn)在的角度，用量角 器測(cè)量并記錄帆板當(dāng)前的角度。表1 ： 傳感器反 0 15 30 45 55 60 饋角度 °） （ 實(shí)際角度 0 15 31 46 55 61 （° ） 2、10 厘米處時(shí)功能測(cè)試。 準(zhǔn)備工作，用直尺測(cè)出帆板前方 10 厘米，將風(fēng)扇至于測(cè)量點(diǎn)處，電路上電 準(zhǔn)備測(cè)試。此時(shí)進(jìn)行題目中的基本要求 2，10cm 時(shí)，通過操作鍵盤控制風(fēng)力大 小，使帆板轉(zhuǎn)角能夠在 060°范圍內(nèi)變化，并要求實(shí)時(shí)顯示的測(cè)試。通過 按鍵調(diào)節(jié)占空比 PWM，使 PWM 逐漸增大觀察顯示屏上度數(shù)的變化，當(dāng) PWM 逐漸增大時(shí)翻版角度逐漸

14、加大，最終達(dá)到了 60 度實(shí)現(xiàn)此功能。 接下來測(cè)量基本要求 3，通過按鍵將角度調(diào)節(jié)到 45 度，之后按啟動(dòng)按鍵， 同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，按下啟動(dòng)開關(guān)后，PWM 瞬間增大，風(fēng)扇加速，最后帆板穩(wěn) 定在 45 度左右，并發(fā)出了聲光報(bào)警秒表顯示用間 3.4 秒，此功能完成 3、 發(fā)揮部分功能測(cè)試。 發(fā)揮部分1， 當(dāng)間距d=10cm 時(shí)， 通過鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角， 其范圍為060°。 要在5 秒內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，并實(shí)時(shí)顯示。最大誤差的絕對(duì)值不超過5°通過鍵 盤設(shè)定好角度， 分別設(shè)定20,40,55度三個(gè)數(shù)值， 用秒表分別計(jì)時(shí)到達(dá)各值的時(shí)間， 數(shù)據(jù)如表 2。 表2 設(shè)定角度 20 25 33 40

15、 55 （° ） 所用時(shí)間 288 2.92 3.13 3第3/4頁(yè)22 3.6 （s） 發(fā)揮部分2，間距d 在715cm 范圍內(nèi)任意選擇，通過鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角， 范圍為060°。要求在5 秒內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，并實(shí)時(shí)顯示。最大誤差的絕對(duì)值不超過5°。在7-15范圍內(nèi)選取幾個(gè)距離，7,9，12,15。同時(shí)分別選取角度 30°，35°，50°，60°按下啟動(dòng)開關(guān)分別記錄多用時(shí)間，數(shù)據(jù)如表 3。 距離選取 （cm） 設(shè)角度 °） （ 所用時(shí)間 （s） 五、結(jié)論 經(jīng)過緊張的三天四夜的奮力拼搏，與小組成員的通力協(xié)作，團(tuán)結(jié)互助，終

16、于 完成了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。 ，經(jīng)過為期四天的設(shè)計(jì)，感觸頗深的是解決問題的方法、技巧。 使我們深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并 且檢驗(yàn)了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果。 雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠 熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。在這四天中，我們 遇到許許多多問題，對(duì)待問題要多方法處理，多角度處理。通過這幾天的設(shè)計(jì)競(jìng) 賽，我們不但增強(qiáng)了實(shí)踐能力和協(xié)作精神，而且懂得了聯(lián)系實(shí)際的重要性，這對(duì) 我們以后的學(xué)習(xí)和工作不無裨益。當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)還存在著一些缺陷，由于自 身水平有限，有待于在將來設(shè)計(jì)中進(jìn)一步提高，經(jīng)過此次電子大賽讓我們對(duì)電路 的設(shè)計(jì)、 調(diào)試

17、有了深刻的印象， 也深刻的體會(huì)到了共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性， 提高了我們解決問題的能力，設(shè)計(jì)中還有欠缺的方面，今后的學(xué)習(xí)工作中會(huì)加以 注意。 7 30 257 9 35 2.71 12 50 3.47 15 60 3.89六、參考文獻(xiàn) 北京航天航空大學(xué)出版社 2008 1. 黃智偉 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽電路設(shè)計(jì) 年。 2. 余小平 奚大順 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)篇北京航天航空大學(xué)出版社 2007 年。 3. 高吉祥 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程基本技能訓(xùn)練與單元電路 設(shè)計(jì)電子工業(yè)出版社 2007 年。 4. 高吉祥 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程數(shù)字系統(tǒng)與制動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)電子工業(yè)出版

18、社 2007 年 5. 陳永真 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題精解選電子工業(yè)出版社 2007 年 6. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì) 編全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選 編北京理工大學(xué)出版社 2009 年 7. 高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程之模擬電子線路設(shè)計(jì).北京： 電子工業(yè)出版社 2007 8 王濟(jì)浩主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社七、附錄 附錄一、部分電路原理圖附錄二、主程序流程圖附錄三、 部分程序附錄第4/4頁(yè)窗體頂端上頁(yè) 窗體底端貢獻(xiàn)者：China_grilboy加書簽 收藏 下載我的書簽 閱讀設(shè)置 回頂部相關(guān)文檔1.帆板控制系統(tǒng) 327人閱讀 | 15KB2.全國(guó)大學(xué)生電