基于单片机的帆板控制设计

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【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

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