单片机帆板控制

篇一：基于单片机的帆板控制设计

基于单片机的帆板控制设计

作者：张芝雨 张松枝

来源：《电子世界》2013年第11期

【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.

篇二：2011年全国单片机竞赛帆板控制系统论文

题目名称：帆板控制系统（F题）

摘要：本帆板控制系统由8位MCU为主控制器，通过AD转换，对红外接收模拟量进行采样，先通过TLC2543变换运算，把模拟量转变成数字量，从而测出帆板的转动角度，然后把信号反馈回去，再由主控制器去控制L298N去控制直流电机转动的方向及转速，从而达到控制帆板的转动的角度以及对其的测量。在另一模式下，可以通过按动按键逐步调节风扇转速去调节帆板的转动角度，也可以直接设置帆板需要转动的角度，让系统自行将帆板吹到设置的角度,测量精度高达±2度，能够准确的测量和调节帆板的角度，是一个价格及性能综合考虑的方案。

关键词： TLC2543 MCU L298N 角度 控制

1 方案论证与比较

1.1 采样方法比较与选择

方案一、用TLC2543芯片配合电位器对信号进行采集，通过电位器跟随帆板旋转产生的电阻变化作为变化模拟信号，然后由TLC2543对电位器变化的模拟信号进行A/D转换和采集，最后送MCU处理。但是电位器变化阻值误差太大，导致所测角度不准。

方案二、用霍尔传感器安装到帆板上然后将些许小磁铁安装到一个圆盘上，用MCU直接检测霍尔的信号，然后去计算帆板转过的角度，但是由于磁铁安装少了，测量的精度不够，磁铁太多又会使霍尔的信号不变，从而测量不到角度，所以选择价优的电位器测量。而且测量的精度也可以达到。

方案三：在帆板的机架安装红外对管，帆板转动时红外接收的光信号，随帆板转动而变化，红外接收的光信号模拟量，运用A/D读回模拟量，在单片机程序中进行角度转换及计算，处理方便，所测角度也准确度大大提高。

1.2 处理器的比较与选择

由于51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少51系列单片机，价格便宜（从性价比方面说），功能多，抗干扰能力强，eeprom大，兼容做的很好，

应用广泛，所以在帆板控制系统中是很好的选择。

1.3转换方案

方案一、采用TLC2543，TLC2543为12为串行模数转化芯片，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转化过程，最高分辨率达4096，在输入电压为0---5V时，电压精度可达到1.2mv。由于采用串行结构，能够节省51单片机的IO口资源，价格适中，外围电路简单等，稳定可靠。在仪表仪器中有广泛的应用，设计采用TLC2543 ，能够在电路优秀的完成测量需求。

方案二、 采用ADC083，ADC0832是串行接口的8位A/D转换器，双通道A/D转换，输出输入电平与TTL/CMOS相兼容，最高转换时间为32US，体积小，使用简单，价格便宜，但分辨率较低，难以满足测量需求。

1.4数据显示方案

方案一：采用字符型LCD液晶显示器。微功耗、尺寸小，超薄轻巧，价格便宜，但显示信息量较少，仅限于字符，不能显示图形，难以满足设计需求， 方案二：采用12864，12864是128*64点阵液晶模块，控制器为 KS0108或兼容 ST7920 T6963C 。12864显示信息量大、字迹清晰、稳定，美观、视觉舒适，能够显示图形。

系统选择方案二，可以用中文LCD1602液晶进行丰富的菜单显示，使整个控制系统更加人性化。

1.5电源选择方案

方案一、采用10节1.5V干电池供电，电压达到15V经7812稳压后给直流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。

方案二、直接通过市电降压，经LM7812和LM7805稳压后分别给直流电机、MUC主控芯片等供电，可靠性高，纹波系数小，电路易于制作，灵活，可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性，故此方案被采用。

1.6电机的选择

方案一、步进电机：精度差些，容易失步，功率小、速度慢、只可以位置模式控制，发热量大。

方案二、伺服电机：耐环境方面还是比较好的，但是编码器部分非常脆弱，不能撞击或敲击。抗电磁干扰要求也高（线缆部分）。相比之下精度也要高些，但是价格昂贵，用在帆板控制系统中确实有点不适。

方案三、直流电源：比同等级交流电机有更大的起动转矩、调速性能好、调速方式成熟，调速方式简单，易控制，是帆板控制的最佳选择

1.7键盘选择

方案一；选择独立按键，独立键盘具有结构简单，程序简单，程序繁琐，程序量大占用单片机存储空间大，占据大量IO口，大量浪费单片机资源，

方案二；矩形键盘，程序量小占用单片机存储空间小，占据少量IO口，节省单片机内部资源，经队员讨论，故采用方案二。

2 系统设计

2.1 总体设计

红外的信号经过一个10k的电阻分压以后，送到12为AD转换TLC2543，由于需要高精度的角度测量，因此要将测到的每个数字量对应的角度进行处理，又由于红外的非线性影响，因此必须对每一个角度进行矫正。然后通过主控芯片将其角度转换出来。在经过处理送到显示器LCD1602上显示。

可以通过按键直接加减去调节PWM的占功比，从而去控制芯片L298N，然后通过L298N去控制直流电机的转速。然后去吹动帆板，使其到达想要角度，同时也要通过红外的测量将其显示到1602上。

图1总体设计框架图

2.2 单元电路设计

2.2.1 键盘电路设计

图2 矩阵键盘模块

2.2.2 AD转换及控制模块电路设计

图3 AD转换及控制模块电路

采用TTL2543对输入信号进行转换，将转换的数据送8位控制器进行处理。

2.2.3 L298N电机驱动电路设计

图4 L298N电机驱动电路

3 软件设计

主控制芯片为AT89S52,由于价格便宜，功能多，抗干扰能力强，eeprom大，兼容做的很好，,所以采用c语言编程方便简单.软件流程图如下

篇三：帆板控制系统

帆板控制系统（F题）

摘要： 本帆板控制系统由单片机ATMEGA328作为帆板转角的检测和控制核心，实现按键对风扇转速的控制、调节风力的大小、改变帆板转角θ、液晶显示等功能。引导方式采用角度传感器感知与帆板受风力大小的转角θ的导引线。通过PWM波控制电机风扇风力的大小使其改变帆板摆动的角度θ。风扇控制核心采用L298电机驱动模块，用ATMEGA328单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲，实现对直流电机转速的控制，同时利用光电传感器将电机速度转化成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。MMA7455三轴加速传感器把角度输出信号传送给ATMEGA328单片机进行处理。 关键词： ATMEGA328，MMA7455，PWM波，PID算法

目录

1. 系统设计 222222222222222222222222222222222222222222222222222222223

1. 题目要求 2 2222222222222222222222222222222222222222222222222222223

1.1.1 基本要求 22222222222222222222222222222222222222222222222222223

1.1.2 发挥部分 222222222222222222222222222222222222222222222222222224

1.1.3 说明 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222224

1.2总体设计方案 2222222222222222222222222222222222222222222222222224

1.2.1 设计思路2222222222222222222222222222222222222222222222222222225

1.2.2 方案论证与比较2222222222222222222222222222222222222222222222225

1.2.3 系统的组成 2222222222222222222222222222222222222222222222222226

2. 单元电路设计222222222222222222222222222222222222222222222222222228

2.1 风扇控制电路22222222222222222222222222222222222222222222222222229

2.2角度测量原理22222222222222222222222222222222222222222222222222229

2.3控制算法222222222222222222222222222222222222222222222222222222210

3. 软件设计22222222222222222222222222222222222222222222222 2222222212

3.1风扇控制电路设计计算2222222222222222222222222222222222 2222222213

3.2控制算法设计与实现22222222222222222222222222222222222222222222213

3.3程序流程图2222222222222222222222222222222222222222222222222222213

4. 系统测试2222222222222222222222222222222222222222222222222222222214

4.1 调试使用的仪器与方法222222222222222222222222222222222222222222214

4.2 测试数据完整性 22222222222222222222222222222222222222222222222214

4.3 测试结果分析22222222222222222222222222222222222222222222222222214

4.4 结束语22222222222222222222222222222222222222222222222222222222215

5. 总结 2 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222215 参考文献2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222215 附录1 元器件明细表2222222222222222222222222222222222222222222222216 附录2 电路图图纸222222222222222222222222222222222222222222222222217 附录3 程序清单22222222222222222222222222222222222222222222222222217

1.系统设计

1.1题目要求

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θ，如图 1 所示。

1.1.1 基本要求

（1）用手转动帆板时，能够数字显示帆板的转角θ。显示范围为0~60°， 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θ能够 在 0~60°范围内变化，并要求实时显示θ。

（3）当间距 d=10cm 时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ稳定在 45°±5°范围内。要求控制过程在10 秒内完成，实时显示θ，并

由声光提示，以便进行测试。

1.1.2 基本要求

（1） 当间距 d=10cm 时，通过键盘设定帆板转角，其范围为 0~60°。要求 θ在 5 秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差的绝对值不超过5°。

（2） 间距 d 在 7~15cm 范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围为 0~60°。要求θ在 5 秒内达到设定值，并实时显示θ。最大误差的绝

对值不超过 5°。

（3） 其他。

1.1.3 说明

（1） 调速装置自制。

（2） 风扇选用台式计算机散热风扇或其他形式的直流供电轴流风扇，但不 能选用带有自动调速功能的风扇。

（3） 帆板的材料和厚度自定，固定轴应足够灵活，不阻碍帆板运动。帆板 形式及具体制作尺寸如图 2 所示。

1.2 总体设计方案

1.2.1 设计思路

题目要求设计一个翻版控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力的大小，改变帆板转角θ。设计中采用单片机PWM波电机控制方式，使得控制风扇风力的大小，帆板受到风力的大小从而改变帆板偏转的角度θ，角度传感器把检测到帆板的偏转角度传给ATMEGA48单片机进行处理达到设计所需的要求再用键盘进行调整，用液晶显示屏进行显示。

1.2.2 方案论证与比较

1.电源的设计方案论证与选择

系统需要多个电源，ATMEGA328、L298、MMA7455都使用5V的稳压电源，电

机驱动需要24V电压。

方案一、采用LM2596开关电压调节器，能够输出3A的输出电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，固定输出3.3V、5V、12V经过调整可输出小于37V的电压。

方案二、采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到5V和12V的稳压输出。只需使用两节电池，既节省了电池，又减小了系统体积重量，但该电路供电电流小，供电时间短，无法是相对庞大的系统稳定运作。

方案三、采用三端稳压集成7805与7824分别得到5V与24V的稳压电压。利用该方法方便简单，工作稳定可靠。

综上所述，选择方案三，采用三端稳压电路。

2.角度传感器的设计方案论证与选择

方案一、采用WDS35D4精密导电塑料角位移传感器，利用该传感器的输入端加上一个直流电压，在输出端得到一个直流电压信号，把角度位移的机械位移量转化成电压信号，用输出电压进行角度位移的控制。用此传感器只要测量导轨电阻两端的直流电压，不同的角度有不同的电阻值，通过电阻来算出角度，计算不方便。电刷在导轨上移动获得输出，数值越小，精度越高。该传感器的优点： 对环境条件要求低，线性精度高、分辨率高、动态的噪声小等优点，由于该传感器的各项精度都比较精细使其价格过高。

方案二、采用电位器进行调角：帆板转动时电位器跟着转动，电压随之发生变化，通过电压的值转换成角度值。但扭力过大，而且精度也不高。

方案三、采用MMA7455三轴加速度传感器，利用物体运动和方向改变输出信号的电压值，把检测到的信号传送给ATMEGA328的AD转化器进行转化与读取此输出信号。通过不同的角度，X、Y、Z三个方向的加速度输出不同，将电容值的变化转化为电压值，电容值的计算公式是：C=Ae/D，其中A是极板的面积，D是极板间的距离，e是电介质常数，再用反正弦函数把角度算出来，计算比较方便。该传感器的优点：线性精度高、体积小、工作可靠、标识清晰、扩展性好等优点。

综上所述，选择方案三，用MMA7455三轴加速传感器。

3.显示方式的选择

方案一、采用LED数码管显示。使用数码管动态显示，由于显示的内容较少，给人的视觉冲击不怎么的舒适，具有亮度高、工作电压低功耗小、易于集成、驱动简单等优点。但在此次设计中需要设定的参数种类多，使用LED数码管不能完成设计任务，不宜采用。

篇四：帆板控制系统

帆板控制系统

摘要：本设计给出了以MSP430F149为核心的帆板控制系统的基本原理与实现方案。由倾角测量模块、电机驱动模块、12864显示模块、丝杆传动模块等模块组成。采用编码器实现倾角的精确测量；采用直流电机驱动风扇；采用步进电机带动丝杆；系统功能由按键控制，可对测量结果进行实时显示，人机交互界面友好，经测试，达到了较好的性能指标。

关键词：MSP430F149，编码器，电机驱动

The Panels Control System

Abstract：This design gives the basic principle to MSP430F149 as the core of the panel control system and implementation scheme. The angle measurement module, motor driver module, display module, 12864 screw drive module and etc.. Accurate measurement of the angle encoder implementation; DC motor drives the fan; the stepper motor drives the screw rod; system function by the button control, can carry out real-time display of measurement results, friendly man-machine interface, the test, to achieve good performance.

Keywords: MSP430F149, encoder, motor drive

1

系统方案设计与论证

系统总体方案设计 1.1

如图1所示总系统以MSP430单片机为控制核心，高精度编码器为倾角探测器，采用直流电机带动风扇旋转，通过操作矩阵键盘控制风力大小，使帆板转角θ能够在0~60°范围内变化；通过液晶12864实时显示帆板转角大小；通过步进电机控制丝杆转动带动直流电机前进后退。

图1 系统总框图

1.2 设计方案论证

1.2.1电机模块

方案一：采用步进电机，步进电机扭力较大，转速稳定。但转速太慢，无法带动风扇吹起帆板，达不到所需要求。

方案二：采用直流电机，直流电机能提供较高的转速，噪音小，性价比高且外围硬件结构简单，仅通过调节占空比就可实现对风扇的转速调节，实际操作简单。

通过以上分析，故选择方案二。

1.2.2倾角测量模块

方案一：采用MMA7455数字加速度角度传感器。低功耗，输出精确，具有信号调理、低通滤波、温度补偿、自测、以及快速运动检测等功能。但是它的分辨力较差，很难满足精度要求。

方案二：采用绝对式编码器，它可以将角位移转换为电信号，它的每一个位

置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关，其分辨率可达4096，精度十分高。

通过以上分析，采取方案二。

2

2.1 理论分析与计算 角度测量原理

绝对式编码器有与位置相对应的代码输出,通常为二进制码或BCD码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置,绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为0～360°。其特点可以直接读出角度坐标的绝对值;没有累积误差;电源切除后位置信息不会丢失。

2.2 风扇控制及控制算法

首先将60°分为12等份，通过实验找出每一等份所对应PWM的脉宽值，将每一等份的值存入第一个数组中，从而得到第一个初始数据列表。在系统运行前还可以通过自动校验功能得到第二个脉宽数据列表，通过判断选择一个更为恰当的值，从而更新到第二个数据列表中。当键入设定值后，用查表法找出对应的PWM脉宽值，通过直接调节电机的PWM脉宽，使帆板快速的到达预定位置的附近，即实现粗调。再通过检测传感器实时的反馈值，利用PID算法将帆板进一步稳定在预定位置上，即实现细调。当系统稳定后，系统在将当前的PWM脉宽值保存到第二个数据列表中，从而得到一个更新的数据列表，以实现下次更有效地完成要求。通过粗调和细调使系统更快地到达预定的位置。

3 电路与程序设计

3.1 风扇控制电路设计计算

3.1.1 电机驱动模块

电机驱动模块如图2所示，驱动电路由光耦、L298N、二极管构成。其中L298N专用于驱动集成电路，可以驱动大功率的直流电机，在电路中加入二极管的作用是在产生反向电流时进行泄流，保护芯片安全。L298N的输入端可与单片机直接相连，为了避免电机对单片机的干扰，L298N模块加入光耦，进行光电隔离，从而使系统处于可靠稳定的工作状态。

电机的额定电流 I=0.5A电路中电阻 R=24Ω 电机有效电压最大值 U=12v

由欧姆定律 I=U/R 得通过电机最大电流 I=12V/24Ω=0.5A

图2 电机驱动原理图

3.2软件设计流程

3.3总体电路设计

总体电路设计如图4所示：它包括电源模块、声光提示模块、控制与显示模块、角度传感器模块、电机驱动模块和键盘输入模块。

图4 总体电路图

4 测试方案与测试结果

4.1测试仪器

秒表：量角器、直尺

4.2系统测试方法及测试数据

先手动转动帆板，观察实际转角与显示转角。然后利用键盘输入一个角度，通过单片机对电机控制调节帆板的转角。待系统稳定后，再测量帆板实际转角，与显示屏上的度数进行对比，以此来验证系统的准确性。测试数据见表1。

4.3测试结果分析

帆板在45度角附近时比较稳定，小角度时不太稳定，误差比较大。 5 总结

本系统基本实现了题目要求的基本部分和发挥部分的要求，本系统十分稳

篇五：帆板控制系统(52)

2011年全国（湖南赛区）

大学生电子设计竞赛作品

帆板控制系统(F题)

摘 要

本系统采用STC89C52单片机作为核心控制器，由主控制模块、角度测量模块、串口模块、语音模块及键盘输入模块、LCD显示模块、电源模块等八部分构成。该系统采用PID控制算法，由单片机实时读取SCA100T -D02角度传感器测量的帆板转角θ值，通过与设定值相比较，改变PWM输出信号，精密调节风扇电机的转速，改变风力大小，达到调整帆板转角的要求。经验证，本系统性能稳定、可靠，精度高。

关键词：STC89C52单片机；角度传感器；液晶显示屏12864；语音芯片ISD4004；

一、方案设计与论证

1、方案比较与选择

通过对题目的分析，为了实现电路的功能，确定系统基本框图如图1所示。

图1 系统基本框图

系统中的各个模块目前都有多种方案可以选择，以下对各模块进行方案论证与比较：

1）主控制模块

方案一：采用模拟电路来产生控制信号。

方案二：采用FPGA作为控制器件。

方案三：采用单片机作为控制器件。

方案论证：采用用模拟电路来产生控制信号，它对器件要求较高，同时信号噪声大，并且电路精度难以达到要求。采用FPGA成本高且电路复杂。采用单片机，单片机的运行速度能实现微秒级的变化，在此方案中采用单片机使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级变化，由单片机完成控制算法，使PWM信号输出到风扇的同时完成对角度传感器的控制，由于单片机输出的是数字信号，其控制信号的变化完全依靠硬件，受外界影响小，整个系统工作可靠。故采用方案三并选择STC89S52单片机，在满足电路要求的同时又有较高的性价比。

2）角度测量模块

方案一：采用KMZ41磁阻式角度传感器测量帆板的角度，然后通过无线发射系统把测得的角度发送给控制系统，但需外加侧场合信号调理芯片构成的电压输

出式角度传感器UZ9000/UZ9001才能输出数字信号。

方案二：采用高精度SCA100T-D02双轴角度传感器，测量芯片本身与水平面之间的夹角，测量范围为-90~+90°。

方案选定：方案一探测角度大，增强了帆板的稳定性，但附加电路复杂，误码率不为零，无法确保系统的稳定。方案二探测角度满足本题目的要求，且SPI数字输出无需外加A/D转换电路，软件调试简单。综上方案论证，采用方案二。

3）风扇驱动模块

方案一：采用低功耗CMOS驱动电路。

方案二：采用继电器与半导体功率管器件组合的驱动电路。

方案三：采用集成驱动芯片。

方案论证：继电器与半导体功率管器件组合的驱动电路一般能产生较大电流，但在此电路中不需要那么大的电流。采用集成驱动芯片，电路简单，但其价格较贵。使用低功耗CMOS驱动电路，电路简单，可靠、价格低廉。故采用方案一。

4）显示模块

方案一：采用数码管显示。

方案二：采用液晶1602显示。

方案三：采用液晶12864显示。

方案论证：数码管由于显示速度快，使用简单，亮度也比较高，显示效果简洁明了而得到了广泛应用。但是最大的缺点是稳定性差，在调试时比较耗时显示内容少，需要加三极管驱动占用单片机资源比较多。而液晶1602无法显示汉字，因此我们放弃了此两种方案。12864LCD液晶显示内容丰富、清晰、快速，显示信息量大，使用方便。因此系统选用LCD12864的液晶显示器，采用方案三。

5）声光提示模块

方案一：采用蜂鸣器提示。

方案二：采用语音芯片来实现语音提示。

方案论证：采用蜂鸣器，电路简单，可是听觉效果不好。采用单片机控制语音芯片实现分段录放功能，利用LM386作为音频放大，能充分发挥其优势，可以

实现录放其起始段及清除等功能。故采用方案二采用单片机控制语音芯片来实现声音提示、报警。

2、方案描述

本帆板控制系统采用STC89C52单片机为核心控制器，通过键盘操作实现对风扇转速的控制，调节风速的大小，以达到改变帆板转角的目的。利用角度传感器SCA100T-D02实时监测帆板翻转的角度，并通过单片机与显示模块的连接，显示测量结果。

该测试仪由单片机、角度传感器、串口模块、风扇控制模块、语音模块、显示、键盘等模块组成。系统方框图如图2所示。

图2 系统方框图

二、理论分析与计算

(来自:WwW.smhaida.Com 海达 范文 网:单片机帆板控制)

1.根据题目要求，帆板最大倾斜角度为60°。由于倾角的变化相对比较缓慢，基本属于静态测量，静态测量的一个特殊的例子就是重力加速度，当传感器静止时（也就是侧面和垂直方向没有加速度作用），作用在它上面的只有重力加速度。重力（垂直）和传感器敏感轴之间的夹角就是倾斜角，因为倾角是由敏感轴和重力矢量所组成的垂直平面决定，倾斜可以从传感器的初始的位置测得。当传感器处于水平位置时， XOY平面为水平面，Z轴为重力势方向。当传感器以O点为参考点绕X轴或绕Y轴转动时，这时传感器的输出和倾角的关系为:

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