2015全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告材料

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1、实用文档2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日文案大全实用文档摘要本文以IAP单片机为控制核心，可以在运行过程中对UserFlash的部分区域进行烧写；MPU6050是陀螺仪与加速度传感器的结合，可实时检测出风力摆的状态并由单片机处理后通过PID控制算法实现闭环调节，实现对直流电机转速的控制以此来达到风力摆的动态平衡。系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。风力摆运行状态由液晶显示，智能性好，反应速度快，具有良好的人机交互界面。目录一、系统方案11、电机的论证与选择12、单片机的论证与选择13、电机驱动电路的论证与选择1二、系统理论分析与计算22.

2、1保证系统稳定性的方法2(1)选取合适的材料搭建支架2(2)选取适宜的硬件提高精准度21、小型直流电机电路32、显示模块的电路33、电机驱动电路4三、系统设计51、系统流程图52、程序设计（见附录）6四、测试方案及结果61、测试仪器62、测试结果63、测试分析8五、结论与心得8六、参考文献8附录1：源程序8文案大全实用文档风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由控制处理模块、角度，加速度检测模块、驱动模块、电源模块、显示组成，下面分别论证这几个模块的选择。1、电机的论证与选择方案一：采用步进电机。步进电机具有动态响应快、易于起停，易于正反转及变速的优点。但缺点是它以步进

3、式跟进，角度小于一个步距角时是系统响应盲区，而且经过测试步进电机在控制旋转臂时，抖动性大并且容易出现卡顿现象，所以不适合风力摆的控制。方案二：采用小型轴流风机。扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点。综合比较以上两种电机，结合设计所需平稳的控制摆杆处于竖直状态，故选择小型轴流风机。2、单片机的论证与选择方案一：采用AT89C52单片机。AT89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。方案二：采用IAP15F2K61S2单片机。IAP系列单片机具有低功耗、高速度、超强抗干扰等优点。方案三：采用STC89C52RC单片机本

4、身带有有8路十位AD转换和2路PWM，而且处理速度比一般单片机要快，精度高。综合比较以上三种单片机。为了更方便、高精度、高速度地控制系统，完成题目要求，故选择IAP15F2K61S2单片机为主控芯片。3、电机驱动电路的论证与选择方案一：使用L298N芯片。L298N是一种高电压、大电流电机驱动芯片，最高工作电压可达46V，峰值电流可达3A，持续工作电流为2A。可以通过I/O口提供信号方便地控制直流电机或步进电机，但是容易发烫。文案大全实用文档方案二：使用BTS7960芯片。BTS7960芯片是集成的大电流半桥驱动，其内部包含一片NMOS、一片PMOS和一片半桥门集驱动。其输入信号为标准

5、的TTL电平，直接与单片机相连就可以，降低系统的不稳定因素，而且可以用PWM调速。综合比较以上两种驱动芯片，由于电路要求精度高、稳定性好，能满足速度变换要求，故选择L298N芯片为驱动芯片。二、系统理论分析与计算2.1保证系统稳定性的方法经分析计算，本设计的稳定性主要有2个方面。与外围硬件设备稳定性有关，包括支架的稳定性、检测及控制模块安装的稳定性。控制稳定性，包括电机的转动稳定性，单片机输出电平的稳定性。本设计从以下方面减小损耗以提高效率：(1)选取合适的材料搭建支架采用合适大小的木棍作为支架的材料，不仅更容易加工，还具有相当一定程度的稳定性。然后传感与控制模块用胶枪打胶凝住，不仅稳

6、固，还不易损坏器件，便于器件的回收利用。(2)选取适宜的硬件提高精准度为让控制更稳定，选用了IAP15F2K61S2单片机作为主控芯片，MPU6050作为角度与加速度传感模块。使系统更具稳定性。2.2各有关量的计算单摆的周期对于本系统具有重要作用，公式为T=2π√(l/g)；而需要控制电机的输出功率来控制所需力的大小，公式为P=1.732×U×I×cosφ，即有用功功率；文案大全实用文档在提供纸板上需用激光笔画出制定长度的线段，所以就要利用单摆的长及高度计算所画的线段长，公式为D=(Lcosθ+h)tanθ。三、电路与程序设计1、小型直流电机电路图1小型直流机电路图2、显示模块的电路由

7、于1602采用并口传输，速度比12864串口快。数码管就不说了，没有驱动要加CD4511等外加电路。1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字，所以我们选用1602液晶显示屏作为显示模块。文案大全实用文档图2显示模块电路图3、电机驱动电路图3电机驱动电路图文案大全实用文档三、系统设计1、系统流程图图4系统程序流程图2、程序设计（见附录）文案大全实用文档四、测试方案及结果1、测试仪器秒表、自制风力摆、量角器、长直尺、小型风扇、带方向