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        基于MSP430MCU的風板控制器的設(shè)計

        2016-06-04 08:18:38張常友江西工程學院江西新余338000
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年11期

        張常友(江西工程學院,江西 新余 338000)

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        基于MSP430MCU的風板控制器的設(shè)計

        張常友
        (江西工程學院,江西新余338000)

        摘要:本系統(tǒng)采用德州儀器公司生產(chǎn)的16位超低功耗MSP430F1611單片機為控制核心,利用高精度角度傳感器MPU6050連續(xù)的反饋角度信號與系統(tǒng)預先設(shè)定值進行比較判斷。從而輸出相應(yīng)的PWM通過場效應(yīng)管IRF3205驅(qū)動左右兩組直流風機,調(diào)整風機轉(zhuǎn)速。進而改變風板角度Φ,并采用LCD12864實時顯示風板轉(zhuǎn)角及系統(tǒng)運行狀態(tài)。通過數(shù)字矩陣按鍵作為人機交換接口,操作簡便,軟件采用層次化,模塊化設(shè)計方法,使得復雜的數(shù)學模型和控制算法得以簡化和快速開發(fā)。

        關(guān)鍵詞:MSP430單片機;角度傳感器;直流風機

        1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

        控制器主要由主控制模塊,顯示模塊,輸入模塊,角度傳感模塊,電機驅(qū)動模塊,以及聲光提示模塊組成,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主控MCU采用的是德州儀器公司生產(chǎn)的16位超低功耗MSP430F1611MCU為控制核心,顯示部分采用的是LCM12864顯示屏,可以實時顯示風板的角度,反饋部分采用高精度角度傳感器MPU6050,通過PWM技術(shù)實時控制直流風機的角度。直流風機的驅(qū)動電路采用MOSFET IRF3205驅(qū)動。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        核心控制芯片采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F1611,內(nèi)部資源豐富,片上資源有48KBfash,10240BRAM,8通道12bitA/D,雙12bitD/A,DMA;48個I/O口,16位WDT,1個16位Timer_A(3個捕獲/比較寄存器),1個16位Timer_B(7個捕獲/比較寄存器),2個USART接口,8通道PWM,集成度高,處理速度快,使之能夠?qū)崟r快速的處理計算角度信號并作出相應(yīng)的判斷,使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。

        電機控制直接采用MSP430F1611的PWM端口控制IRF3205場效應(yīng)管,通過軟件控制IRF3205,從而控制直流風機的轉(zhuǎn)速,形成閉環(huán)系統(tǒng)以達到風板角度達到穩(wěn)定,IRF3205場效應(yīng)管工作電流可達110A,幾乎可以滿足所有小型電機的驅(qū)動電流。

        角度傳感器采用MPU6050三軸加速度陀螺儀,該傳感器將測量角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,僅通過兩根數(shù)據(jù)線即可與單片機進行IIC通信,使用簡單,體積小,便于放置,可以滿足題目精度的要求。MPU6050可以將風板角度實時反饋回單片機,單片機通過對角度的計算并轉(zhuǎn)換后與系統(tǒng)預先設(shè)定的角度進行比較,輸出合適的PWM波控制IRF3205調(diào)整風扇的轉(zhuǎn)速,以實現(xiàn)對角度的實時控制,如圖2所示。

        由于風板容易受到外界的風力及支撐裝置摩擦力的干擾,無法直接得到轉(zhuǎn)速與PWM占空比的關(guān)系,所以需采用判斷角度傳感器的反饋值與系統(tǒng)預先設(shè)定值進行比較再對PWM進行調(diào)節(jié)控制。

        3 系統(tǒng)的理論分析與計算

        在控制角度時為能夠?qū)崟r實現(xiàn)風板的角度和設(shè)定角度即時對應(yīng),軟件上采用查表+微調(diào)的方法來實現(xiàn),具體方法是:首先給系統(tǒng)上電,將45~135°每個角度所對應(yīng)的左右兩個電機PWM記錄下來,然后在實際控制時,將預設(shè)角度和記錄的角度相比較,然后輸出相對應(yīng)PWM值,由于外部環(huán)境的干擾及系統(tǒng)硬件的不確定因素,會使得實際輸出角度存在誤差,所以當系統(tǒng)查表輸出相對應(yīng)的PWM波一定時間后,通過角度傳感器的反饋值與預設(shè)值進行比較,再改變PWM波占空比,微調(diào)轉(zhuǎn)速,從而使測量值與設(shè)定角度相等或最接近。角度控制部分軟件的設(shè)計流程如圖3所示。

        參考文獻:

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        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.257

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