2015全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告.doc

. . PAGE word完美格式 . . word完美格式 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 word完美格式 word完美格式 摘 要 本文以 IAP 单片机为控制核心，可以在运行过程中对User Flash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 TOC \o "1-3" \h \u 11757 一、 系统方案 1 7900 1、电机的论证与选择 1 3806 2、单片机的论证与选择 1 1881 3、电机驱动电路的论证与选择 1 20884 二、系统理论分析与计算 2 28753 2.1保证系统稳定性的方法 2 4735 (1)选取合适的材料搭建支架 2 3251 (2)选取适宜的硬件提高精准度 2 10254 1、小型直流电机电路 3 29574 2、显示模块的电路 3 17975 3、电机驱动电路 4 17866 三、系统设计 5 23377 1、系统流程图 5 11367 2、程序设计（见附录） 6 22733 四、测试方案及结果 6 13972 1、测试仪器 6 28293 2、测试结果 6 9298 3、测试分析 8 17909 五、结论与心得 8 28947 六、参考文献 8 8406 附录1：源程序 8 PAGE word完美格式 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 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 CMOS 8 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。 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