【摘要】本文內(nèi)容是大學(xué)生電子設(shè)計競賽的試題之一，介紹了基于單片機(jī)的帆板控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和制作過程。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)速控制；轉(zhuǎn)角測量；單片機(jī)控制

1.設(shè)計任務(wù)與要求

設(shè)計并制作一個帆板控制系統(tǒng)，通過對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，改變帆板轉(zhuǎn)角θ，如圖1所示。

要求：用手轉(zhuǎn)動帆板時，能夠數(shù)字顯示帆板的轉(zhuǎn)角。通過操作鍵盤控制風(fēng)力大小，使帆板轉(zhuǎn)角能夠在0～60度范圍內(nèi)變化，并要求實(shí)時顯示轉(zhuǎn)角；當(dāng)間距d=10cm時，通過操作鍵盤控制風(fēng)力大小，使帆板轉(zhuǎn)角穩(wěn)定在45度±5度范圍內(nèi)。要求控制過程在10秒內(nèi)完成，實(shí)時顯示，并由聲光提示；通過鍵盤設(shè)定帆板轉(zhuǎn)角時要求轉(zhuǎn)角能達(dá)到設(shè)定值，并實(shí)時顯示。

2.總體設(shè)計

根據(jù)要求，系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。采用STC89C52作為計算機(jī)控制核心，通過對直流電機(jī)調(diào)速，以控制電機(jī)帶動風(fēng)扇的風(fēng)速，來控制帆板的轉(zhuǎn)角。利用角度測量模塊得到帆板轉(zhuǎn)動的角度，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC1549進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，將角度模擬信號轉(zhuǎn)換為角度的數(shù)字量，經(jīng)過單片機(jī)處理后再以數(shù)字的形式通過數(shù)碼管顯示出對應(yīng)的角度值。風(fēng)扇部分采用L298N驅(qū)動模塊驅(qū)動電動機(jī)，通過PWM占空比調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。利用鍵盤電路控制風(fēng)力大小和設(shè)置帆板角度。并通過聲光電路來提示45度轉(zhuǎn)角的設(shè)置成功。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）電源模塊：由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。電機(jī)部分的供電采用直流12V供電，而其他大部分電路需要5V電源，本設(shè)計使用三端穩(wěn)壓器7812和7805供電模塊提供兩種電壓。

（2）風(fēng)扇控制模塊：本設(shè)計采用直流電機(jī)帶動風(fēng)扇來控制風(fēng)力的大小。直流電機(jī)采用LM298驅(qū)動電路。LM298N是一個高電壓、大電流全雙橋驅(qū)動器，滿足了一般小型電機(jī)的控制要求。PWM控制信號由in1輸入，將in2直接接地，即采用單向制動的方式。通過單片機(jī)產(chǎn)生PWM波調(diào)整占空比來達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)帆板傾角小于設(shè)定值時，增加PWM參數(shù)，增大風(fēng)力，傾角加大；當(dāng)帆板角度小于設(shè)定值時，減小PWM參數(shù)，減弱風(fēng)力，傾角減小。

（3）角度測量模塊：采用WDD35D4角位移傳感器進(jìn)行角度測量。將帆板轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸與傳感器的基體固定，當(dāng)帆板轉(zhuǎn)動時帶動電位器跟著轉(zhuǎn)動，電壓隨著發(fā)生變化，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電壓值轉(zhuǎn)換成角度值。

（4）聲光電路和數(shù)碼顯示電路：使用蜂鳴器和發(fā)光二極管作聲光顯示。應(yīng)用4位數(shù)碼管顯示測量角度。

（5）按鍵電路：本設(shè)計采用四個獨(dú)立式按鍵，分別為加、減、設(shè)置和確定功能鍵。它們分別與P2.0、P2.1、P2.2、P2.3接口相連，作為設(shè)置角度及功能的設(shè)置轉(zhuǎn)換的輸入。

整體硬件電路如圖3所示。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序流程圖如圖4所示。

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作者簡介：谷秀榮（1970-），女，四平職業(yè)大學(xué)副教授。