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(完整word版)毕业设计帆板控制系统开题报告
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名
张坤宏
学号
201202501241
专业
自动化
指导教师姓名
刘青
职称
讲师
所在学院
电气工程学院
课题来源
学科竞赛
课题性质
工程应用
课题名称
帆板控制系统设计
毕业设计
的意义 
1．课题背景及意义
随着世界能源的日趋匮乏和科学技术的飞速发展，加之人们对环境保护的要求，人们在努力寻找一种能替代石油、天然气等能源的可再生、环保、洁净的绿色能源。风能是当前最有发展前景的一种新型能源，它是取之不尽用之不竭的能源，还是一种洁净、无污染、可再生的绿色能源。风能的利用，从风车到风力发电，证明了文明和科学进步。风力发电与火力发电和水力发电比较，具有单机容量小、可分散建设等优点。随着国家对能源需求和环保要求力度的不断加大，风力发电的优势和经济性、实用性等优点也必将显现出来。
我国风力发电的发展现状随着科技的发展，越来越多的控制系统涌入人们生活。帆板控制系统也是近年来引起学者注意的一种自动化平衡系统。因而具有非常重要的研究价值和广泛的用途。通过帆板的控制系统的设计让我们更进一步靠近科技前端。引申开来，通过对帆板控制系统的研究，拓展到生活中其他的自动控制系统，能够利用自动控制的原理实现高精度、高稳定性、快速的控制，服务于生产和生活。
在风力发电中，与其他的控制系统相比较，利用帆板角度控制系统可以测量风力大小，例如可以精确测量出帆板偏转角度，那样就可以算出风力大小，研究成功，帆板角度控制系统将成为测量风力大小产品，就可以节约很多电能，又可以把测量风力设备向智能化产品过渡，而且在原来基础上更加完美和人性化。传统风力发电装置由于受到其本身结构限制会出现过低、过高风速时都无法利用的情况，适用范围受限。而本系统作为一种采用全新摇摆式结构的发电装置，通过控制帆板角度参数的大小，能很好的利用小风和不稳定风而发电。
2．帆板控制系统在国内外的现状分析
目前国内外有类似的研究，但是不是很多，因为帆板控制系统本身也有它的局限性，首先，可应用的范围是比较广泛，但是一般不可单独使用，很多时候需要其他设备的辅助和支持，但是不可否认，它的的确确得到了一定的应用，例如在条件要求极其苛刻，不允许有漏电，电磁辐射等破坏和干扰的条件下，所有电器几乎都
毕业设计
的意义
不用使用，帆板控制系统就可以实现较远距离的闭环式自动控制，满足特殊环境下的控制要求，不仅如此它在农业、军事、航空等领域也都有重大应用潜力。
在摇动帆式风力发电系统中，通过帆板的往复摇转转变为旋转运动后可以驱动发电机发电，且具有发电效率高和良好的低风速发电特性和优异的耐强风性特点。帆板转角在一定范围内时发电效率较高。所以摇动帆式风力发电系统在国内外风力发电中具有一定的发展前景。
研究内容
帆板控制系统可以实现按键操作、声光提醒、LCD显示等功能。传统的电机调速系统因其硬件设计复杂，调试困难，控制灵活性差而不能满足日常简单的小型直流电机的调速控制，因此采用PWM调制技术控制直流风扇，具有简单易实现的优点。传感器作为一种检测装置在现代生活中有着至关重要的作用。它能将感测到的信息按照某种特定规律转换成电信号或其他非电信号形式的信息，从而满足信息的传输、显示、处理和存储等功能要求。利用帆板控制系统中的单片机处理器可时刻掌握风扇实际转速，加入角度传感器可以精确测量当前的帆板偏转角度，从反馈、比较、算出所需风力大小，实现该系统的自动控制。
设计并制作一个系统具体如图1所示，通过调节与设置风扇的转速，能够控制风力大小，从而使帆板转角θ发生的相应变化，可实现转角值的实时显示和控制。

图1 整体示意图
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°。
研究内容
（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。
（4）风扇选用台式计算机散热风扇或其他形式的直流电轴流风扇，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。
2、拟解决的关键问题
（1）对风扇电机转速进行快速而准确控制，以保证风扇转角在控制范围内；
（2）为保证系统精度要求，必须要对帆板转动角度进行实时检测；
（3）为保证帆板在尽可能短时间内达到预定角度还需要相应设定及显示电路。
研究计划

第一周～第二周 查阅资料，明确设计任务，了解课题背景，撰写开题报告。
第五周～第六周 系统设计方案的比较论证及系统原理框图的确定。
第七周～第八周 帆板控制系统角度测量电路设计。
第九周～第十二周 帆板控制系统软件的设计。
第十三周～第十四周 撰写帆板控制系统毕业论文。
第十五周～第十六周 毕业答辩。
研究方法
一、毕业设计的总方案：
帆板控制系统的工作原理是：通过调节装置（单片机）控制电机驱动芯片L298N,控制电机带动风扇的转动（通过调节PWM调节电机的转速），使帆板与竖直平面达到一定的夹角，通过角度传感器不断测量帆板的转角（即实际转角），该实际转角与给定转角作比较，形成转角偏差，通过直流电机控制风扇的转速，通过PID控制不断修正该转角偏差，最终使转角保持在给定范围之内。根据帆板控制系统的工作原理，本系统主要由主控制模块、驱动模块、采集模块、显示模块、电源模块组成其结构框图如图2所示。
二、设计的思路：
1.系统方案的选择及论证：系统方案的选择；系统理论分析和计算；
2.系统硬件设计与实现：系统硬件的基本在组成；硬件模块设计；电源模块的设计。
研究方法
3.软件设计：程序功能描述与设计思路；LCD研究显示的设计；角度控制流程图；系统流程图；软件程序的编写。

显示电路
控

制

系

统
驱动电路

风机
键 盘

帆板机构
检测模块

图2 系统控制框图

三、拟采用的研究方法与手段
1）课题任务分析阶段：主要采用查阅文献研究方法。阅读归纳与课题相关的研究论文，确定总体研究思路和系统实现方案。
2）电路设计阶段：主要采用理论分析计算与仿真实验相结合的方法，研究各设计单元实现电路，分析电路工作原理、确定电路元件及参数等。
3）程序设计阶段：主要采用模块化设计方法。自上而下建立个单元流程关系；自下而上分单元模块设计各功能子程序。
4）系统调试阶段：主要采用计算机仿真方法和焊接实验电路板的实物实验相结合的方法完成系统整机调试。
参考文献：
[1]孙焕铭.51单片机C程序应用实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.3
[2]杨欣，王玉凤，刘湘黔.51单片机应用从零开始[M].北京：清华大学出版社，2008.1
[3]陆彬.21天学通51单片机开发[M].北京：电子工业出版社，2010.5
[4]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京：北京航空航天大学出
研究方法
版社，2011.2
[5]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009.1
[6]黄志伟等.全国大学生电子设计竞赛训练教程（修订版）[M].北京：电子工业出版社，2010.
指导教师
意见

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