毕业答辩

本人自述

胡主任、任老师下午好：

我是来自电气0901班的曹祥超，本人毕业设计题目为帆板控制系统

此帆板控制系统主要要求是：

1、基本要求

（1）用手扳动帆板时，能够数字显示帆板的转角。显示范围为0-60度，分辨力为2度，绝对误差<=5度。

（2) 当间距d等于10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角能在0-60度范围内变化，并要求实时显示。

（3）当间距d等于10cm时，通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角稳定

在455度范围内。要求控制过程在10秒内完成，实时显示，并有声光提示，以便测试。2、发挥部分（1）当间距d=10 cm时，通过键盘设定帆板转角，其范围为0-60度，要求在5秒内达到设定值，并实时显示。最大误差绝对值不能超过5度。

（2）间距d在7-15cm范围内任意选择，通过键盘设定帆板转角，范围在0-60度。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度。

等基本部分和发挥部分，具体的设计要求请老师可以查看毕业设计论文任务设计书部分。

设计的思路：

该系统的基本设计思路为通过按键调节改变风扇风力大小进而改变帆板的转动角度，再通过角度测量传感器测量帆板转角通过液晶显示出来。能够更直观的看到帆板的转动角度。

本系统主要是由主控制模块，驱动模块，采集模块，显示模块，电源模块组成，为了满足帆板控制系统的设计要求，进行了个模块的比较论证及确定。

在主控制模块中我们选用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单片机，此单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,速度更快，而且体积小性能高。

在驱动模块中我们选用ST生产的高电压大电流可用单片机的I/O口提供信

号，其输出的PWM 脉冲控制直流电机，能够对电机转速的上升与下降进行平滑调节，保证调节过程中本身对风扇的影响最低的电机驱动芯片L298N 。

采集模块我们选用灵敏度高、体积小、质量轻且易操作，能够进行立体的X Y Z 三轴向监测，且输出加速度信号为模拟电压,只需通过A/D 转换便可得到加速度信号的HQ7101模拟三轴加速度传感器。A/d 转换我们选用美国ADI 公司生产的16位模数转换器AD7715，能够更好的完成模数转换

显示模块用我们平时比较常用ST7920的12864液晶显示屏，能够很好的显示我们所要的效果

电源模块我们考虑到要系统要用到12v 和5v 两路电压，使用交流电220v 供电，搭建独立电源模块，经过变压器变压后，再有7812、7805芯片进行稳压。

是以单片机控制为主要核心（画框），再加上键盘、液晶显示模块、电机驱动模块、风扇电机模块、传感器模块和信号采集模块构成整个帆板控制系统（介绍各模块之间的关系、怎么配合工作）。在良好的硬件和精确地软件编程基础上，该系统能发挥出它优越的性能。它能完成的功能有。 单片机

STC12C5A60S2液晶显示模块

电机驱动模块

风扇直流电机

传感器模块键盘帆板信号采集模块

1.用手转动帆板时，液晶显示屏能够显示帆板的转角θ。分辨力为2°。

2.通过操作键盘控制风力大小，使帆板转角θ能够在0~60°范围内变化（软件思路:PWM 调速），液晶显示屏能够实时显示θ。

3.通过操作键盘控制风力大小，帆板转角θ能够稳定在 45°±5°范围内（软件思路介绍：怎么使帆板转角θ能够稳定，PID 调节）。并且控制过程在10 秒

内完成。液晶显示屏能够实时显示θ。当帆板转角达到要求时，并有声光提示。

4.通过键盘设定帆板转角，其范围为0~60°。θ在5 秒内达到设定值，并实时显示θ。当帆板转角达到要求时，并有声光提示

问题：1.如果要求控制角度为45度或60度，通过按键设定后风扇会自动吹到设定值，中间使用PID调节使角度更加稳定，如果要求在0-60度范围内变化便通过加速按键慢慢调节风扇风速进而改变帆板转角中间也要加入PID调节（角度传感器输出的电压模拟量经A/D转换芯片—AD7715转化为数字量，再经单片机处理后，调节风扇直流电机的转速。这样就可实现电机转速、帆板的偏转角两环的随动系统PID反馈。把实际的输出量反馈回来与输入的给定量进行比较，得到它们购差值，控制器根据这个差值随时修改对控制对象的控制，以使输出量紧紧跟随输入的给定量，这种控制方式叫闭环。）

问题2.共用了6个按键;个按键的功能：

S1：设定帆板转动角度按钮，每按下一次，所设定角度加一。

S2：设定帆板转动角度按钮，每按下一次，所设定角度减一。

S3：风扇电机启动按钮。

S4：风扇停止按钮。

S5：设定帆板转动角度为45度按钮。

S6: 设定帆板转动角度60度按钮。

问题3.1T就是单时钟周期（一个机器周期），也就是晶振每跳动一下，就运行一个单字节指令。一般的51单片机是12T的，也就是晶振每跳动12下，才运行一个单字节指令。

问题4.输出的是电压信号

角度传感器输出的电压模拟量经A/D转换芯片—AD7715转化为数字量，再经单片机处理后，调节风扇直流电机的转速。

问题5. AD7715 是美国ADI 公司生产的16 位模数转换器。它具有0. 0015 %的非线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新速度可编程等特点。适用于单通道低速小信号的采样应用.

可用最少数量的口线与单片机或微处理器相接,适用于单通道低速小信号采样的应用场合。

输出的数据是串行的

问题 6.如需加大风力，两种方法可以实现。1.键盘控制，通过按键S1 2.PID调节把实际的输出量反馈回来与输入的给定量进行比较，得到它们购差值，控制器根据这个差值随时修改对控制对象的控制，以使输出量紧紧跟随输入

的给定量

问题7. 本系统采用PWM来调节直流电机的速度。PWM是通过控制固定电压

的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而达到控制要求的一种电压

调整方法。PWM可以应用在许多方面,如电机调速、温度控制、压力控制等。

在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根

据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢

上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。因此,PWM

又被称为“开关驱动装置”。

在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加；电机断电时,速度逐渐减少。只要

按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。

问题8.液晶能够显示1.设定帆板转动的角度2.帆板实际转动的角度。

问题9.稳定性很好，在5秒内稳定下来。

问题10. STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D转换器速度可达到250KHz(25万次/秒)。8

路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上

电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路

设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。

AD7715 是美国ADI 公司生产的16 位模数转换器。它具有0. 0015 %的非

线性、片内可编程增益放大器、差动输入、三线串行接口、缓冲输入、输出更新

速度可编程等特点。适用于单通道低速小信号的采样应用.

可用最少数量的口线与单片机或微处理器相接,适用于单通道低速小信号采

样的应用场合。

前者是10位的，精确度没有后者16位的精确度高，再加上前者变成麻烦，所以我选择后者。

STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速