基于单片机的帆板控制设计

2019-10-13 版权声明 举报文章

基于单片机的帆板控制设计

【摘要】本设计需要使用的软件资源比较简单,只需要完成编码器采样部分、键盘控制部分以及显示输出功能。采用STC89C52进行控制比较简单、易控制、可靠性高、抗干扰能力强、精度高且体积大大减小。

【关键词】89C52单片机;角度传感器;控制

本设计采用STC89C52进行控制比较简单、易控制、可靠性高、抗干扰能力强、精度高且体积大大减小。输出速度的调节是通过键操作,显示速度。STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器——具有4K字节可编程闪烁存储器,可擦除的的只读存储器(PEROM)。STC的STC89C52是一种高效微控制器。STC89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和电模式、片内振荡器和时钟电路。电路框图如图1。

1.理论分析与计算

1.1 直流电机调速原理分析

根据励磁方式不同,直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说,人为机械特性方程式为:

分析(1)式可得.当分别改变、和时,可以得到不同的转速,从而实现对速度的调节。由于=,当改变励磁电流时,可以改变磁通量的大小,从而达到变磁通调速的目的。但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制,电动机的励磁电流和磁通量只能在低于其额定值的范围内调节,故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻时,会使机械特性变软,导致电机带负载能力减弱。对于他励直流电机来说,当改变电枢电压时,分析人为机械特性方程式,得到人为特性曲线[1-2]。

如图2-1、2-2所示,理想空载转速随电枢电压升降而发生相应的升降变化。不同电枢电压的机械特性曲线相互平行,说明硬度不随电枢电压的变化而改变,电机带负载能力恒定。当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时,可实现电机的无级调速。基于以上特性,改变电枢电压,实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。改变电枢电压可通过多种途径实现,如晶闸管供电速度控制系统、大功率晶体管速度控制系统、直流发电机供电速度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。

1.2 角度测量原理分析

以重力F=mg为输入矢量来决定物体在空间的姿态。把加速度传感器固定在物体的水平面上,当物体姿态改变时,加速度传感器的敏感轴随之转动一定角度,由于重力的作用,传感器敏感轴上的加速度会发生改变,因此可通过测量加速度的变化来反映物体姿态的变化。当加速度传感器的X轴或Y轴位置相对于重力场发生变化时,重力将在相应的方向上产生分量,测量两个方向的重力分量,可以计算出沿相应轴向的倾角变化。

2.系统测试

2.1 测试仪器

测试仪器:量角器。

2.2 测试方案

功能逐项测试法:根据题目要求,依次逐项测试系统功能。

数据实测计算法:使用量角器实时测量,并将其与传感器输出数值进行比较。

2.3 测试结果

(1)功能完成情况

经测试,系统可完成题目中要求的基本和发挥部分的全部功能。

(2)指标完成情况

本题的指标主要是帆板倾角的测量误差。经测试,测试数据及计算结果如表1所示。

2.4 结果分析

通过测试、计算和分析,该设计系统能够完成题目要求的全部基本功能。

3.总结

在帆板控制系统的设计过程中,采用了1片STC公司的STC89C51单片机作为系统的控制器件;角度检测采用飞思卡尔公司MMA8451Q作为帆板倾角的角度检测单元;显示器和键盘组成人机界面,通过按键调节单片机输出PWM信号能够控制风扇电机转速,用以控制帆板的翻转角度。该设计均达到赛题要求的所有基本功能。

参考文献

[1]宋文绪,杨帆.自动检测技术[M].北京:高等教育出版社,2008.

[2]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程[M].北京:电子工业出版社,2007.

[3]周坚.单片机C语言轻松入门[M].北京:北京航空航天出版社,2006.

[4]孙传友等.测控电路及装置[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[5]李朝青著.单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社,2005.

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