基于單片機的帆板控制系統設計

【摘要】本文內容是大學生電子設計競賽的試題之一，介紹了基于單片機的帆板控制系統的設計方法和制作過程。

【關鍵詞】轉速控制；轉角測量；單片機控制

1.設計任務與要求

設計并制作一個帆板控制系統，通過對風扇轉速的控制，調節風力大小，改變帆板轉角θ，如圖1所示。

要求：用手轉動帆板時，能夠數字顯示帆板的轉角。通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角能夠在0～60度范圍內變化，并要求實時顯示轉角；當間距d=10cm時，通過操作鍵盤控制風力大小，使帆板轉角穩定在45度±5度范圍內。要求控制過程在10秒內完成，實時顯示，并由聲光提示；通過鍵盤設定帆板轉角時要求轉角能達到設定值，并實時顯示。

2.總體設計

根據要求，系統總體框圖如圖2所示。采用STC89C52作為計算機控制核心，通過對直流電機調速，以控制電機帶動風扇的風速，來控制帆板的轉角。利用角度測量模塊得到帆板轉動的角度，經過模數轉換芯片TLC1549進行模擬量到數字量的轉換，將角度模擬信號轉換為角度的數字量，經過單片機處理后再以數字的形式通過數碼管顯示出對應的角度值。風扇部分采用L298N驅動模塊驅動電動機，通過PWM占空比調節風扇轉速。利用鍵盤電路控制風力大小和設置帆板角度。并通過聲光電路來提示45度轉角的設置成功。

3.系統硬件設計

（1）電源模塊：由變壓部分、濾波部分、穩壓部分組成。電機部分的供電采用直流12V供電，而其他大部分電路需要5V電源，本設計使用三端穩壓器7812和7805供電模塊提供兩種電壓。

（2）風扇控制模塊：本設計采用直流電機帶動風扇來控制風力的大小。直流電機采用LM298驅動電路。LM298N是一個高電壓、大電流全雙橋驅動器，滿足了一般小型電機的控制要求。PWM控制信號由in1輸入，將in2直接接地，即采用單向制動的方式。通過單片機產生PWM波調整占空比來達到調速的目的。當帆板傾角小于設定值時，增加PWM參數，增大風力，傾角加大；當帆板角度小于設定值時，減小PWM參數，減弱風力，傾角減小。

（3）角度測量模塊：采用WDD35D4角位移傳感器進行角度測量。將帆板轉動的轉軸與傳感器的基體固定，當帆板轉動時帶動電位器跟著轉動，電壓隨著發生變化，通過模數轉換，將電壓值轉換成角度值。

（4）聲光電路和數碼顯示電路：使用蜂鳴器和發光二極管作聲光顯示。應用4位數碼管顯示測量角度。

（5）按鍵電路：本設計采用四個獨立式按鍵，分別為加、減、設置和確定功能鍵。它們分別與P2.0、P2.1、P2.2、P2.3接口相連，作為設置角度及功能的設置轉換的輸入。

整體硬件電路如圖3所示。

4.系統軟件設計

主程序流程圖如圖4所示。

參考文獻

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作者簡介：谷秀榮（1970-），女，四平職業大學副教授。