帆板控制系统(基于STM32)

1、帆板控制系统加书签 收藏 下载 跳至底部阅读:123次 大小:10KB(共4页)帆板控制系统摘要： 摘要：本系统以 STM32F103ZE 的 ARM 芯片为主控 CPU，通过程序设计输出 PWM 信号给直流电机驱动板以驱动风扇上的直流电机，从而带动风扇的转动。 用 LSM303DLH3 三轴加速度传感器检测帆板偏转角。可以用键盘设置 PWM 占 空比来改变风扇风速以控制帆板的偏转角。还可以直接设置帆板偏转角，CPU 根据设置的偏转角和三轴加速度传感器检测的帆板偏转角的差，自动调节 PWM 的占空比改变风扇风力大小，使帆板自动偏转到设定角度。通过 LCD5110

2、的液 晶显示模块，可以实时数字显示帆板的偏转角和调节风力大小占空比。 关键词： 关键词：STM32 加速度传感器 PWM 偏转角 帆板 Abstract: This system to the ARM chips STM32F103ZE as control core, through the program design PWM signal output, in the to control dc motor drives board. With LSM303DLH3 sensor chip transmission Angle to signal to adjust the motor

3、to control PWM signal motor speed. At the same time use the keyboard can be set rotation, adjust the panels of the chip, reached the PWM signal set the panels rotation Angle. The keyboard also can adjust the PWM signal, and then chip can adjust the fan speed, to change the panels of the rotation Ang

4、le through the regulation, and eventually to test LCD5110 liquid crystal display (LCD) module, show the panels of the deflection Angle. Key words: STM32 sailboard Angle sensor一、帆板控制系统总框架结构图和总体方案 帆板控制系统总框架结构图和总体方案 根据题目的要求，帆板控制系统由主控芯片模块，电机驱动模块、液晶显示 模块，键盘模块等组成。系统框图如图 1。并且对其中各模块的功能，分别做 了几种不同的设计方案并进行了论证。

5、并作出了总结。图 1,系统框图1.1 方案论证与比较 1.1.1 主控 CPU 模块； 方案一：采用 51 单片机作为主控芯片。 方案二：采用 STM32F103ZE 作为主控芯片，其自带 16 通道 12 位 A/D,多达 7 个定时器，资源丰富，功耗低，速度高，主频可达 72Mhz，并且稳定性较强， 但其编程有相应的库函数。 由于本系统有反馈控制，对实时性要求比较高，另外，考虑到系统会用到 控制算法，需要 CPU 处理速度和运算能力相对比较高。而且 STM32 本身自带 PWM 模块和 IIC 接口模块，编程和使用比较方便，不占用系统资源，因此综合 考虑我们采用第二种方案； 1.1.2 风

6、扇 方案一，步进电机，步进电机时将电脉冲信号转变为角位移或线位移开环控制 元，它的启动停止取决于脉冲，其惯性很小，步进电机可以精确控制转动步数 和方向，是精确控制风扇的理想电机，由于步进电机功耗大，价格昂贵， 而且在本题目中对电机的启动停止要求不高， 而步进电机控制控制复杂， 因此我们选用直流第1/4页窗体顶端电机带动风扇。 方案二：采用直流电机，控制直流电机的外围电路容易实现，且控制简单， 只需很少的外围电路，原理和驱动电路简单，直流电机，通过脉冲控制直流电机 旋转性能好，并考虑到性价比的问题。 综合考虑，我们选择方案二在本题目中非常适合。1.1.2 电机驱动模块 方案一：用 L298 作驱

7、动芯片 方案二：BTS7960 作驱动芯片BTS7960 是半桥驱动芯片，就是说需要 2 个芯片来驱动一个电机，电流最高 43A，其 内阻很小，所以散热不是很厉害。12V,1.35A1.1.3 LCD 显示屏 方案一：LED 数码管显示：LED 数码管驱动简单，它是实现显示角度的最简单的方案，而且显示较比清晰，但数码管，最大 的缺陷是显示信息量有限。 方案二： LCD1602 ： LCD1602 能够显示较数码管多的内容， 但是不够清晰， 而且我们在本次题目中要显示三行以上的内容。 方案三：LCD NOKIA 5110 可以显示较为复杂的图形，在本题中我们要在三 页上分别显示脉冲占空比、帆板实

8、时转角、帆板角度的设定值，LCD NOKIA 5110 显示屏可以胜任这份工作，所以我们选用方案三。 1.1.4 角度传感器 方案一， （编码器）WDD35D-4 电位器是角度传感器，其输出时模拟 电压值，因此使用该角度传感器需要配合相应的 A/D 转换芯片，较为麻 烦。 方案二，LSM303DLH（3 轴数字加速度传感器）模块集成了芯片所需的 所有电阻电容，仅需外接电源，地通过 IIC 接口直接读取数据，即 LSM303DLH3 轴数字加速度传感器模块输出为数字信号主芯片可直接处 理，较为方便，所以我们经过讨论选用了第二种方案。 1.2 最终方案 经过反复的论证，我们最终确定了如下方案： 1

9、，采用 STM32F103ZE 为主控芯片。 2，采用直流电机带动风扇。 3，采用 LCD NOKIA5110 液晶显示屏。 4，选用 LSM303DLH3 轴数字加速度传感器模块和 3 轴数字电子罗盘六轴 模块。 二，电路设计 2.1.1 电机驱动电路 电机驱动模块由STM32F103ZET6主控芯片，实现对风扇的控制。由于风扇选用 的是直流电机，因此可以采用PWM调速，即通过调节输入信号占空比的大小来 控制电机的加减速，从而达到控制风速的风力。具体电路如图2所示。STM32 I/O I/O VCC I/O I/OBTS 7960MBTS 7960GND图2风扇电机驱动模块2,.1.2.液晶

10、显示模块 液晶显示应用的是 NOKIA5110，该液晶显示清楚，显示信息量大，显示接 口如图 3 所示。1 2 3 4 5 6 7 8 LCD5110图33.3V PA5 PA7 PA1 PA3 PA2 GND 3.3VLCD5110 显示模块2.13.键盘电路 由于本题目控制的量不多，鉴于此，我们采用 5 个独立按键来分别控制传 感器返回的角度值， 设置角度的加减， 显示占空比的加减， 和一个确定键， 具体电路见图 4VCC1KKEY1 PE01K第2/4页KEY2 PE11KKEY3 PE21KKEY4 PE41KKEY5 PE6图四键盘电路2.14.声光提示电路 本个题目的声光提示电路采

11、用的是蜂鸣器和发光二极光，控制简单，方便，而且 价格低廉，并能达到良好的效果，所以我们果断选择了它们，它们的功能 便于进行调试，即蜂鸣器只有在误差范围以外就响了。具体电路图如图五3.3V 220 LED0 PA6图五 声光提示模块2.15.传感器模块电路 LSM303DLH（3 轴数字加速度传感器）模块可以通过 IIC 接口直接对数据进 行处理，对于处理角度，效果很好的，具体电路图 见图六5 4 3 2 1 LSM303DHL3.3V PB6 PB7 NC GND图六,角度传感器模块2.165V 稳压电源模块（LM2940）主控芯片的供电电源是 3.3V，其板上有个电压转换模块，可将不是 3.

12、3V 的转 换成 3.3V，LM2940 是低压差线性稳压器.，因此我们选择了他 LM2940 比 7805 的转换效率高。因此我们选择了它，具体电路如图七KEY0 12V C1 47uF LM2940 Vin Vout GND 5V C2 22uFGND图七5V 稳压电路三软件设计 STM32 系列微控制器采用 C 语言进行程序设计，开发调试环境为 Keil4.，四系统的测试与调试 （一）.测试仪器： 量角器、直尺、示波器、万用表，计算器，秒表。 （二）.测试方法和结果 1、用手转动帆板时，显示帆板的转角如见表 1。当帆板垂直不动时，此时角度传感器反馈角度为 0 度。然后，用手将帆板缓 慢提

13、升角度，观察并记录此时传感器反馈的角度。保持现在的角度，用量角 器测量并记录帆板当前的角度。表1 ： 传感器反 0 15 30 45 55 60 馈角度 °） （ 实际角度 0 15 31 46 55 61 （° ） 2、10 厘米处时功能测试。 准备工作，用直尺测出帆板前方 10 厘米，将风扇至于测量点处，电路上电 准备测试。此时进行题目中的基本要求 2，10cm 时，通过操作键盘控制风力大 小，使帆板转角能够在 060°范围内变化，并要求实时显示的测试。通过 按键调节占空比 PWM，使 PWM 逐渐增大观察显示屏上度数的变化，当 PWM 逐渐增大时翻版角度逐渐

14、加大，最终达到了 60 度实现此功能。 接下来测量基本要求 3，通过按键将角度调节到 45 度，之后按启动按键， 同时用秒表计时，按下启动开关后，PWM 瞬间增大，风扇加速，最后帆板稳 定在 45 度左右，并发出了声光报警秒表显示用间 3.4 秒，此功能完成 3、 发挥部分功能测试。 发挥部分1， 当间距d=10cm 时， 通过键盘设定帆板转角， 其范围为060°。 要在5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5°通过键 盘设定好角度， 分别设定20,40,55度三个数值， 用秒表分别计时到达各值的时间， 数据如表 2。 表2 设定角度 20 25 33 40

15、 55 （° ） 所用时间 288 2.92 3.13 3第3/4页22 3.6 （s） 发挥部分2，间距d 在715cm 范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角， 范围为060°。要求在5 秒内达到设定值，并实时显示。最大误差的绝对值不超过5°。在7-15范围内选取几个距离，7,9，12,15。同时分别选取角度 30°，35°，50°，60°按下启动开关分别记录多用时间，数据如表 3。 距离选取 （cm） 设角度 °） （ 所用时间 （s） 五、结论 经过紧张的三天四夜的奋力拼搏，与小组成员的通力协作，团结互助，终

16、于 完成了实验项目。 ，经过为期四天的设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。 使我们深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并 且检验了大学三年的学习成果。 虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够 熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。在这四天中，我们 遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这几天的设计竞 赛，我们不但增强了实践能力和协作精神，而且懂得了联系实际的重要性，这对 我们以后的学习和工作不无裨益。当然，我们的设计还存在着一些缺陷，由于自 身水平有限，有待于在将来设计中进一步提高，经过此次电子大赛让我们对电路 的设计、 调试

17、有了深刻的印象， 也深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性， 提高了我们解决问题的能力，设计中还有欠缺的方面，今后的学习工作中会加以 注意。 7 30 257 9 35 2.71 12 50 3.47 15 60 3.89六、参考文献 北京航天航空大学出版社 2008 1. 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛电路设计 年。 2. 余小平 奚大顺 电子系统设计基础篇北京航天航空大学出版社 2007 年。 3. 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程基本技能训练与单元电路 设计电子工业出版社 2007 年。 4. 高吉祥 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程数字系统与制动控制系统 设计电子工业出版

18、社 2007 年 5. 陈永真 全国大学生电子设计竞赛试题精解选电子工业出版社 2007 年 6. 全国大学生电子设计竞赛组委会 编全国大学生电子设计竞赛获奖作品选 编北京理工大学出版社 2009 年 7. 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程之模拟电子线路设计.北京： 电子工业出版社 2007 8 王济浩主编. 模拟电子技术基础（第二版）.济南：山东科学技术出版社七、附录 附录一、部分电路原理图附录二、主程序流程图附录三、 部分程序附录第4/4页窗体顶端上页 窗体底端贡献者：China_grilboy加书签 收藏 下载我的书签 阅读设置 回顶部相关文档1.帆板控制系统 327人阅读 | 15KB2.全国大学生电