生电子设计竞赛论文风力摆控制系统的设计学士学位论文.doc
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1、2015年全国大学生电子设计竞赛论文B题:风力摆控制系统的设计2015年8月15日摘要该系统以高速单片机STC89C52RC为控制核心,主要由物理框架、数据采集系统、主控系统、执行系统四大部分组成。主控系统以高速单片机STC11F52XE为核心,实现对执行系统对直流电机的控制,从而实现基于自由摆的摆动控制系统。此方案可行性高,且精确度较高。关键词:单片机(STC11F52XE),直流电机,风力摆摆动控制 目 录1、系统方案论证与选择.1 1.1控制系统的论证与选择.1 1.2供电系统的论证与选择.2 1.3风力摆角度调整系统的论证与选择.22、系统理论分析与计算.3 2.1建模与控制方法.3
2、2.1.1基本部分的第一项控制方法.3 2.1.2基本部分的第二项控制方法.33、硬件电路设计与分析.3 3.1系统电路总体框图.3 3.2主要模块电路的设计.4 3.2.1继电器模块电路.4 3.2.2单片机模块电路.44、测试方案与测试结果.5 4.1测试仪器.5 4.2测试方案以及结果.54.2.1测试基本部分(1).5 4.2.2测试基本部分(2).5 5、总结 14 5.1硬件小结 14 5.2软件小结 15 5.3心得体会 15 附录1电路原理图和PCB版图 16 附录2主要元器件清单 18风力摆控制系统(B 题)【本科组】1、系统方案论证与选择本任务要求设计制作一个基于风力摆测控
3、系统,控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动,激光笔在地面上画出要求的轨迹。据题目要求分析,我们得到基本思路,如图1. 1所示:供电系统 显示模块显示控制模块反馈最小系统模块 图1. 1 系统总体方案1.1控制系统的论证与选择 方案1:用继电器来产生直流机的控制信号。它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的原件,广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。在各种自动设备中,都要求用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电路。这样不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离,还可以保护电子电路和人员安全。使得利用单片机来编程控制继电器来产生一个频率开关,使风力摆在固定的高度受到定时直流风机的作用,
4、加大风力摆在这个高度的受力作用.使得风力摆稳定的摆动,使激光笔能画出符合题目要求的直线.要找到风力摆的固定高度,用单片机使用延时程序是比较容易的。所以采用这个方案。1方案2:用模拟电路来产生直流电机的控制信号。利用PWM脉冲对直流风机受到稳定的电压驱动,在直线上受到稳定的力,能在一条直线上运动,但需要MOS管驱动,必须对MOS管的型号、精度有更高的要求,用单片机编程有一定的难度同时在电路上有更高的要求。综上所述两个方案,本控制系统选方案1。 1.2 供电系统的论证与选择 方案 1:用变压器对家用电压220V进行降压。这个要修改电路图,需打板,需要检测,在一定程度上花费的时间更多。在选择使用变压
5、器的时候,有型号要求,在电路输出后的电压一定为12V,而且电压要稳定不变。这个对于手动电路图有一定的要求,比较严格。 方案 2:直接用电脑电源给整个系统供电。电脑电源能够产生更稳定的12V电源,能够稳定的给直流风机供电,使直流风机能稳定摆动,激光笔能够画出题目要求的直线。不用花费太多时间去修改。容易达到我们需要的直流风机摆动的效果。 综上所述两个方案,本控制系统选方案2。 1.3风力摆角度调整系统的论证与选择根据题目要求,要用直流分机来控制控制风力摆的的平衡。直流风机我们可以选用大、中、小的风扇。下面是对三种型号的直流风机的风扇分析和比较。 方案1:采用大型直流风机作为系统的主要动力机构。大型
6、直流风机是日常生活中比较常用的电机类型,故直流电机可以采用由小功率三极管8050和8550组成的简单H型PWM电路作为直流电机的驱动。虽然和脉宽调制芯片TL494、光隔离芯片TLP521等构成的电路也能完成单片机对直流电机的控制。但是本次设计中用到电机调节平板的平衡,要求很高的精度,大型电机较难实现。因此不选择此方案。 方案 2:采用小型直流风机作为系统的主要动力机构。小型的直流风机太小,四台一起会导致风力摆的重量很重,而用小型的直流风机带动不了那么重的风力摆,风力摆摆动不起来。对硬件的链接有了更高的要求,机械器材很难达到这么高的精度,不利于我们的控制。 方案3:采用中型直流风机作为系统的主要
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