东北农业-电子设计大赛hlj b

1、风力摆控制系统东北参赛队员：指导教师：果莉摘 要：该作品采用 STM32 单片机作为主控，MPU6050 作为姿态模块,LCD12864 作为液晶显示模块，和风力摆机械结构组成闭环控制系统。风力摆由万向节连接碳杆再连接风机组成。位于碳杆最下方的姿态模块不断风力摆当前姿态角，并将数据返回给单片机。本系统实现了风力摆在仅受轴流风机为动力控制下快速起摆、画线、画圆、恢复的功能，并且受风力影响后能快速恢复画圆状态。另外，本系统具有良好的人机交互界面，各参数及测试模块可由按键输入并通过液晶显示，智能性好，反应速度快。：STM32、MPU6050、算法1设计任务一长约 60cm70cm 的细管上端用万向节

2、固定在支架上，下方悬挂一组（24 只）直流风机，一风力摆（如图 1）。风力摆上安装一向下的激光笔，时，激光笔的下端距地面不超过 20cm。设计一测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面画出要求的轨迹。2.1.2 主控器的选择方案一：采用 STC89C52 单片机等可编程器件作为控制模块的。STC89C52 单片机可实现各种的逻辑功能，易于功能扩展，采用并行的输入/输出方式，但是其运算速度慢、ROM 空间。对于该系统要求响应速度快、所以不适合采用 STC89C52 为主控。方案二：采用 STM32 单片机为的主控器。STM32 采用 ARM Cortex-M3 内核，运行速

3、度快，片上资源丰富，具有很多接口，可拓展性强，灵活性高，拥有较强的指令寻址和运算功能等优点，可以满足后续方案的要求，且可以胜任题目要求的所有功能使用 ST 公司的 STM32F103CBT6 作为主控制器。综合考虑，本系统采用方案二作为主控。2.1.3 角度测量方案的选择方案一：使用电位器作为角度传感器，由于不同角度输出的电阻值不同，通过 AD 采样电阻两端电压，计算得到角度。但是，对于一般的电位器，线性度较差，而对于线性度较好的电位器价格较高。方案二：只测量风力摆关于状态时的偏转角。采用二维平面内角位移传感器测量风力摆转动时关于状态时的偏转角。该方案处理繁琐，且二维平面内的角位移传感器不利于

4、测量风力摆的空间位置，不利于实现对风力摆的精确控制。方案三：采用传感器 MPU6050。MPU6050 整合了 3 轴陀螺仪、3 轴，拥有 400kHz 的模拟 IIC，可借由第二个端口连接其他传感器的数位运动处理（DMP）硬件加速引擎，能准确追踪快速与慢速动作。综合考虑，本系统采用方案三作为角度测量方案。2.2 系统总体方案本系统主要由主控成。STM32 作为系统的控制、传感器 MPU6050、四个呈分布的轴流风机、电源模块、摆杆及支架构，MPU6050 对摆杆的运动状态进行实时并反馈回单片机，形成闭环控制系统，单片机对返回的数据结合控制算法进行处理，产生的控制量作用于驱动电路从而实现对四个

5、轴流风机转速及转向的控制，四个轴流风机产生空气推力进而实现对摆杆的控制，同时，可通过按键选择与设计任务一一对应的工作模式，并通过 LCD12864 显示出来，系统总体方案框图如图 2 所示。不需要时系统不会受到影响。角度微分 D：微分作用反映风力摆角度的变化率，即角速度。具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此，可以改善系统的动态特性。在微分时间选择合适情况下，减少调节时间。表 3 风力摆画不同角度直线测试（4）将风力摆拉开一定角度放开，驱动风力摆工作，测试风力摆制动达到如表 4 所示。所用时间。表 4 风力摆恢复时间测试（5

6、）以风力摆时激光笔的光点为圆心，设置风力摆画圆半径，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，重复测试，三次画圆时间以及最大偏差距离。改变圆半径再次测试，重复以上操作四次。如表 5 所示。（6）在（5）的基础上，使用一台 60W 台扇在距风力摆 1m 处向其吹风，5s 后停止，风力摆恢复画圆状态时间。如表 5 所示。表 5 风力摆画圆测试6. 结论、心得体会所设计的风力摆控制系统,以 STM32 作为主控，通过 MPU6050 对摆杆的运动状态进行实时并反馈回单片机，形成闭环控制系统，并结合的作品还存在缺陷，以后会继续改进。参考文献控制算法进行处理，完成任务时给出声音提示。1段力学，参数整定方法分类与概述，现代计算机（专业版），2012.032，电力电子技术，中国电力，2009.03半径测试数据15cm20cm25cm30cm35cm时间 132s30s31s30s30s偏差距离 11.5cm1.0cm2.0cm0.5cm0.5cm恢复时间 117s15s16s16s17s时间 230s27s28s29s29s偏差距离 20.5cm0.5cm2.0cm1.0cm0.5cm恢复时间 215s16s17s15s16s拉起角度测试次数30354045117s16s17s15s216s17s16s16s316.5s16