自動帆板系統設計

（山東信息職業技術學院電子系，山東 濰坊 261061）

摘 要：本設計以51系列的AT89C51單片機為核心，以獨立鍵盤做為輸入，通過從CY-29數字加速模塊采集的帆板傾斜角度，經過PID控制算法和PWM波調制，最后由L9110直流電機驅動電路模塊控制實現直流電機的啟動、停止、速度調節等功能，從而完成了自動帆板的閉環調節系統。

關鍵詞：AT89C51單片機;CY-29數字加速模塊;PID控制算法;PWM波;直流電機

1 總體方案

利用AT89C51單片機定時器產生PWM信號，步長設定為1/100（可以滿足要求），再配合PID算法彌補運算速度慢的不足，角度采集使用高分辨力（小于1度）的CY-29數字加速模塊，電機驅動采用L9110驅動模塊。外接4*4薄膜鍵盤作為設定的輸入，常見中文液晶LCD12864作為顯示器件，實時顯示設定狀態和當前狀態。這種方案能實現對帆板系統的運動狀態的實時監測和控制，控制靈活、可靠，分辨力和精確度高，可滿足題目的所有要求。并且51的各種程序已經相當成熟，可以大大提高系統設計的周期，使用方便，性價比較高，因此我們選用此方案。

2 各模塊設計

2.1 鍵盤

4*4薄膜鍵盤，相應速度快，基本無抖動，便于插裝，攜帶方面，手感好且美觀。

2.2 角度采集

CY-29數字加速模塊，此模塊的核心部件為ADXL345，它是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計，它可以在傾斜檢測應用中測量靜態重力加速度，還可以測量運動或沖擊導致的動態加速度。其高分辨率（3.9mg/LSB），能夠測量不到1.0°的傾斜角度變化。模塊功耗低、體積小、重量輕，可直接粘貼到帆板上實現角度的測量。電路連接圖如圖1所示。

2.3 顯示部分

12864圖形液晶，內帶中文字庫，可直接顯示中文，多種顯示模式，使用方便。

2.4 驅動模塊

采用L9110雙橋驅動模塊，電壓范圍寬，輸出電流大，便于控制，足以帶動電機轉動。

本設計采用12伏，300mA的直流風扇，葉片直徑12CM，用單片機直接控制無法實現，因此選用L9110雙橋驅動模塊。此模塊電壓范圍寬，2.5V-12V均可工作，最大持續電流800mA，最大允許電流2A。電路原理圖如圖2所示。

L9110 是為控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單片IC 之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高，由于這個系統中的電機不需要反轉，所以IB輸入口直接接地，通過P3.0口給IA口提供PWM信號，控制電機轉速。

2.5 電源模塊

自做電源，可輸出5伏，9伏和12伏三種不同的電壓，最大功率5瓦，操作方便。

風扇控制電路。

3 測試數據與結果分析

4 結論

以上數據表明本文設計的自動帆船控制系統可以工作，可以實現自動控制，但還未達到理想狀態。說明此系統還需進一步的改進。

參考文獻：

[1]周雪.模擬電子技術修訂版.西安電子科技大學出版社，2009.

[2]張義和，王敏男，徐洪昌，余春長.例說51單片機c語言版第三版.人民郵電出版社，2010.

作者簡介：王珍珍（1984-），女，山東省安丘市人，山東信息職業技術學院，碩士研究生，助教，研究方向：自動控制系統。