15电赛控制类风力摆论文比较
全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（ B 题）2015 年8 月15 日本文以IAP单片机为控制核心，可以在运行过程中对User Flash的部分区域进行烧写；MPU605是陀螺仪与加速度传感器的结合，可实时检测出风力摆的状态并由单片机处理后通过PID控制算法实现闭环调节，实现对直流电机转速的控制以此来达到风力摆的动态平衡。
系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
风力摆运行状态由液晶显示，智能性好，反应速度快，具有良好的人机交互界面。
目录一、系统方案 (1)1、电机的论证与选择12、单片机的论证与选择...............................................................13、电机驱动电路的论证与选择1二、系统理论分析与计算22.1保证系统稳定性的方法 (2)⑴选取合适的材料搭建支架 (2)(2)选取适宜的硬件提高精准度 (2)1、小型直流电机电路32、显示模块的电路33、电机驱动电路3三、系统设计31、系统流程图32、程序设计(见附录) ................................................................3四、测试方案及结果31、测试仪器32、测试结果33、测试分析 (5)五、结论与心得5六、参考文献5附录1 :源程序 (6)风力摆控制系统（ B 题）【本科组】一、系统方案本系统主要由控制处理模块、角度，加速度检测模块、驱动模块、电源模块、显示组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、电机的论证与选择方案一：采用步进电机。
步进电机具有动态响应快、易于起停，易于正反转及变速的优点。
但缺点是它以步进式跟进，角度小于一个步距角时是系统响应盲区，而且经过测试步进电机在控制旋转臂时，抖动性大并且容易出现卡顿现象，所以不适合风力摆的控制。
方案二：采用小型轴流风机。
扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点。
全国电子设计大赛论文完整版
全国电子设计大赛论文集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]2015年全国大学生电子大赛设计竞赛风力摆控制系统（B题）【本科组】参赛队号：20150262风力摆控制系统（B题）摘要风力摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统，是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合。
本设计分五个模块，即风力摆模块、单片机控制模块、显示模块、电源模块、人机交互模块。
风力摆模块由三个直流风机成等边三角形相对而立，成为驱动风力摆的唯一动力。
单片机控制模块以飞思卡尔K60芯片作为控制核心。
显示模块有两个，一个是OLED显示屏，另一个是当完成每项任务时发光二极管会有明显的提示。
电源模块使用LEG-1117-3.3和TPS7350来搭建，给系统提供稳定的供电。
人机交互模块中每项操作可通过拨码开关与按键完成。
本设计性能指标达到设计要求，性能稳定，用户界面友好。
关键词：直流风机；风力摆；K60系统板ABSTRACTThewindpendulumsystemisanonlinear,strongcoupling,multi-variableandunstablesystem.Itisacombinationofmanyfields,suchasrobotics ,controltheory,computercontrol,andmanyothertechnologies.Thedesignisdi videdintofivemodules，thewindpendulummodule,single-chipmicrocomputercontrolmodule,displaymodule,powermodule,human-computerinteractionsystem.WindpendulummodulebythreeDCfanintoanequilat eraltrianglerelativestanding,becometheonlypowerwinddrivenpendulum;MCU controlmodulebasedonthesinglechipcomputerasthecore,byCarlK60chipasthe controlcore;displaymodulehastwo:AisOLEDdisplay,theotheraiswheneachtas kiscompleteLEG-1117-3.3andTPS7350tobuild,toprovideastablepowersupplysystem.Eachoperationc anbedonebydialingthecodeswitchandthebutton.Performanceindicatorsmeett hedesignrequirements,theworkisreliable,userfriendlyinterface. Keywords:DCfan,Thewindpendulum,K60目录摘要 (I)ABSTRACT (I)目录 (II)1.引言.................................................. (1)2.方案比较与论证......................................................... (1)2.1方案比较................................................................... (1)2.2方案选定................................................................... (2)2.3方案论证................................................................... (2)3.系统硬件设计......................................................... . (2)3.1系统机械制作................................................................... .. (2)3.2核心系统控制模块................................................................... (2)3.3电源模块................................................................... (3)4.系统软件设计......................................................... . (3)4.1程序框图................................................................... (3)4.2系统控制图................................................................... .. (4)5.测试方案与测试结果......................................................... . (4)5.1测试仪器................................................................... (4)5.2测试方法................................................................... . (4)5.3测试结果................................................................... (5)6.测试分析与总结......................................................... . (6)参考文献......................................................... (6)附录1装置机械安装图................................................................... . (7)附录2主要元器件清单................................................................... .. (8)1.引言在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。
风力摆论文
论文题目:风力摆控制系统设计学生：庞刚学号：201206070422院（系）：电气与信息工程学院专业：自动化124指导教师：郑恩让2016年 1 月 4 日风力摆控制系统庞刚（陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安 710021）摘要：本组选择的是2015年大学生电子竞赛B题——风力摆控制系统。
针对于题目基础部分与发挥部分要求，设计了一个以飞思卡尔公司单片机MK60为控制单元、2对垂直放置的轴流风机组为执行器单元、陀螺仪传感器和加速度传感器以信息融合方式实现的（角度）传感器单元形成了一个三维空间的闭环控制系统（风力摆控制系统）。
在此基础上首先利用空间矢量法将被控量投影到X和Y 两个独立坐标上，分别利用相互独立的PID、FUZZY等控制方法实现风力摆系统系列动作。
实验表明：本竞赛小组设计制作的风力摆系统能够以较高的精度完成各种任务。
关键词：风力摆，MK60，轴流风机，角度传感器，空间矢量法，PIDWind pendulum control systemP ANG Gang(Shaanxi University of Science & Technology, Academy of electronic information and electricalengineering ,ShanXi Xi’an 710021)Abstract: The Undergraduate Electronic Competition in this group chose B question - Wind pendulum control system. For the base portion and play in the title part of the requirements, we designed a Freescale microcontroller MK60 control unit, two pairs of vertically disposed axial air units for the actuator unit, a gyro sensor and an acceleration sensor information fusion way to achieve (angle) sensor units form a closed loop control system of a three-dimensional space (wind pendulum control system). Firstly, on the basis of space vector will be charged the amount projected onto X and Y coordinates of two separate, independent of one another, respectively PID, FUZZY and other control methods to achieve a wind pendulum series of actions. Experimental results show that: The race team designed a wind pendulum system with high accuracy can complete various tasks.Keywords: Wind swing, MK60, axial fans, angle sensors, space vector, PID1 方案论证首先我们对该系统的结构及风力摆运动控制方案的比较论证。
全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告精编版
全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日摘要本文以 IAP 单片机为控制核心，可以在运行过程中对User Flash的部分区域进行烧写；MPU6050是陀螺仪与加速度传感器的结合，可实时检测出风力摆的状态并由单片机处理后通过PID 控制算法实现闭环调节，实现对直流电机转速的控制以此来达到风力摆的动态平衡。
系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
风力摆运行状态由液晶显示，智能性好，反应速度快，具有良好的人机交互界面。
目录风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由控制处理模块、角度，加速度检测模块、驱动模块、电源模块、显示组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、电机的论证与选择方案一：采用步进电机。
步进电机具有动态响应快、易于起停，易于正反转及变速的优点。
但缺点是它以步进式跟进，角度小于一个步距角时是系统响应盲区，而且经过测试步进电机在控制旋转臂时，抖动性大并且容易出现卡顿现象，所以不适合风力摆的控制。
方案二：采用小型轴流风机。
扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点。
综合比较以上两种电机，结合设计所需平稳的控制摆杆处于竖直状态，故选择小型轴流风机。
2、单片机的论证与选择方案一：采用 AT89C52 单片机。
AT89C52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。
方案二：采用IAP15F2K61S2 单片机。
IAP 系列单片机具有低功耗、高速度、超强抗干扰等优点。
方案三：采用 STC89C52RC 单片机本身带有有 8 路十位 AD 转换和 2 路PWM，而且处理速度比一般单片机要快，精度高。
综合比较以上三种单片机。
为了更方便、高精度、高速度地控制系统，完成题目要求，故选择 IAP15F2K61S2 单片机为主控芯片。
全国大学生电子设计竞赛设计报告风力摆
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日摘要本风力摆系统主要包括单片机控制模块，开关电源（电源模块）激光笔及小型轴流风机，以及基于六轴倾角仪mpu6050的闭环控制系统。
其中控制模块采用STM32为核心控制芯片，激光笔作为系统的执行机构，12V2.5A的小型轴流风机作为驱动风力摆的唯一动力，用12V的开关电源驱动轴流风机。
轴流风机和摆杆通过万向节固定在支架上（用粗股导线将风力摆悬挂在支架上）。
固定在支架上，测量得到的角度经过软件处理得到风力摆摆动所需要的PWM值。
（本系统的PID 算法算法是通过实际经验试验出风力摆的控制规律，稳定的完成风力摆运动过程中激光笔画轨迹。
）关键词：风力摆; STM32; 轴流风机; PID算法; mpu6050目录一、系统结构方案与设计 (1)1、机械结构设计 (1)2、主控芯片的论证与选择 (1)3、风力摆结构方案的论证和选择 (2)4、运动控制算法的论证和选择 (2)二、系统理论分析与计算 (2)1、摆杆位置检测 (2)2、风力摆运动控制分析 (2)3、控制算法分析 (2)三、电路与程序设计 (3)1、电路的设计 (3)（1）STM32最小系统电路 (4)（2）稳压电源电路 (4)2、程序的设计 (4)（1）程序功能描述与设计思路 (4)（2）程序流程图 (4)四、测试方案与测试结果 (5)1、测试方案 (5)2、测试条件与仪器 (5)3、测试结果及分析 (5)（1）测试结果(数据) (5)（2）数据分析与结论 (7)五、结论与心得 (7)六、参考文献 (8)附录1：电路原理图 (9)附录2：源程序 (11)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统结构方案与设计1、机械结构设计我们以生钢为材料加工成的十字作为风力摆支架的底盘，结构坚固克服摆动时的震动。
以实心的钢棒作为摆杆减小了摆动时的自旋，用万向节将摆杆和支架的水平臂连接保证了摆动的灵活性以及达到了摆动角度和速度的精确控制。
2015全国电设B题风力摆报告刘垚圻尹楚君张森
参赛队代码：B412015年全国大学生电子设计竞赛天津赛区(TI杯)设计报告封纸天津工业大学刘垚圻尹楚君张森摘要风力摆是一种经典的闭环控制，这种经典算法在智能化控制中起到举足轻重的作用。
本设计以STM32为主控器单片机，采用类圆锥摆物理模型，利用两套Zigbee无线模块，实现无线手持人机操作、无线测量，实现便捷、安全、稳定的闭环可控系统。
首先通过人机操作无线命令终端执行指令，再利用测量端的高精度陀螺仪采集风力摆结构偏角，将三轴偏角无线传输给终端分析处理，得到的姿态角数据后利用改善型的PID算法调节轴流风机，从而控制风力摆的精准摆动，最后实现较好的实现快速起动、恢复静止的功能，并能较准确画直线、画圆，且受风力影响后能够快速恢复画圆状态。
本设计在保证快速摆起完成任务的同时，有较好的精准度、稳定性和安全性以及较为完善的人机界面。
关键字：PID STM32ZigBee风力摆类圆锥摆目录一、系统方案分析-----------------------------------------------------41.轴流风机数量及摆放位置方案的论证与选择-------------42.风机控制方案分析----------------------------------------------53.控制算法的选择-------------------------------------------------5二、机械结构设计-----------------------------------------------------6三、设计方案-----------------------------------------------------------61.供电设计-----------------------------------------------------------62.程序的设计--------------------------------------------------------7四、测试方案与测试结果--------------------------------------------8五、心得体会-----------------------------------------------------------9六、参考文献-----------------------------------------------------------9风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案分析本风力摆控制系统主要包括单片机控制模块、姿态采集模块、电源模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机操作系统以及风力摆机械结构组成。
风力摆最终
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日风力摆控制系统摘要STC89C52是单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值。
本设计采用STC89C52单片机作为主控制芯片，设计并制作一套风力摆控制系统。
该系统主要是以单片机最小系统模块、电源模块、电机驱动模块、12864液晶显示模块组成的。
利用三轴加速度陀螺仪MPU-6050对轴流风机姿态的采集反馈给STC89C52，通过PID控制算法提高动态性能，实现类似自由摆运动、幅度可控的摆动，以及按照设置的方向（角度）摆动等功能。
关键词：STC89C52，三轴加速度陀螺仪、L298N驱动、轴流风扇、12864液晶显示。
AbstractSTC89C52 is a wide range of applications in the micro controller, in the field of automatic control to enjoy a high value. This design uses STC89C52 micro controller as the main control chip, design and manufacture a set of wind pendulum control system. The system is mainly based on single-chip micro- computer system module, power supply module, motor driver module, 12864 LCD module. Using the three axis acceleration gyroscope MPU-6050 to collect feedback to the STC89C52, the PID control algorithm is used to improve the dynamic performance, and to achieve a similar free swing motion, the am- plitude controllable swing, and in accordance with the direction of setting (angle) swing and other functions.Keywords:STC89C52, three axis acceleration gyroscope, L298N drive, axial flow fan, 12864 LCD目录一．方案论证 (1)1. 系统方案的总体程序框图 (1)1.1微控制器的论证与选择 (1)1.2风扇控制方案选择 (1)1.3电机驱动的论证与选择 (2)1.4速度控制的论证与选择 (2)1.5 角度测量方案选择 (2)1.6 显示方案选择 (3)二．系统理论分析与计算 (3)2.1风扇调试原理 (3)2.2风力摆状态测量与计算 (4)2.3控制算法分析 (4)三．系统结构 (5)3.1机械结构 (5)3.2测控电路结构 (5)四．系统软件 (6)4.1主程序流程框图 (6)五.测试方案及结果 (6)六．结束语 (7)七．参考文献 (8)附录一.系统方案：1.系统总体设计框图如下图所示1.1微控制器的方案选择与论证方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。
2015年电赛风力摆设计方案
足够的线性度。
一旦传感器 X 轴返回的倾角数据 ≥ 设定的∆θ1，切换 PD 算法，向 X 轴反方向
运动，当 X 轴返回的倾角数据 ≤ 设定的∆θ2，切换 PD 算法，向 X 轴正方向运动，
如此往复运行。
static float PX=30.0; //轴向 X 轴实时倾角，转化成控制量之前必须进行归一化， 乘以相应系数
要绘制超过 50cm 的直线段，只需要在平面内运动即可，如上图所示，只需要 R 大于 25cm，有公式：
������ tanθ = ������1 + ������2 则，θ = arctan ( ������ )
������1+������2
其中，R 为横向摆动半长，L1 为摆杆长，L2 为激光笔长，具体根据原理图。
static float
static float static float
static float
PX=30.0;
DX=0.20; PY=30.0;
DY=0.20;
//轴向 X 轴实时倾角，转化成控制量之前必须进行归一化， 乘以相应系数
//轴向 X 轴实时角速度，传感器返回的数据需要化 //轴向 Y 轴实时倾角，转化成控制量之前必须进行归一化，
处很明显：动力充足；驱动简单（配合专业电调）；容易固定（空心杯电机上自 带螺丝孔）。
2.2 基本部分实现方案
1 设计要求：从静止开始，15s 内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地 在地面画出一条长度不短于 50cm 的直线段，其线性度偏差不大于±2.5cm，并且具 有较好的重复性；
分析： 这明显是一个全开环的控制，通过粗略调节便可实现，需要控制的是摆杆的角
������1+������2
风力摆控制系统
五、结论心得体会--------------------------------------------------------------------------------8
2.4.2显示模块的设计----------------------------------------------------------------3
2.4.3声光提示模块-------------------------------------------------------------------3
三、理论分析与计算-----------------------------------------------------------------------------5
3.1运动控制----------------------------------------------------------------------------------6
2.2位置检测模块----------------------------------------------------------------------------2
2.3动力装置方案设计----------------------------------------------------------------------2
二、方案论证--------------------------------------------------------------------------------------1
电子设计大赛风力摆控制系统论文[B]
![电子设计大赛风力摆控制系统论文[B]](https://img.taocdn.com/s3/m/994cd32b87c24028915fc3de.png)
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）参赛队号：20152015年8月15日风力摆控制系统（B题）【本科组】摘要针对题目各项要求，采用软硬件结合方法设计风力摆控制系统。
以STM32单片机为主控制芯片、MPU6050传感器检测摆杆姿态角、利用PID算法调节电机驱动芯片输出合适的PWM波形驱动风机，通过OLED显示屏显示相关参数，按键输入数据等；机械结构满足设计要求，风力摆能够实现画直线、任意角度悬停、画圆等动作，在受外界干扰后能够自动恢复预定姿态。
具有良好的人机交互界面，各参数可动态调整，基本实现风力摆系统的自动控制。
关键词：风力摆、单片机、姿态角、PID算法目录一、系统方案 (1)1、系统控制方案的论证与选择 (1)2、控制芯片的论证与选择 (1)3、电源方案的论证与选择 (2)4、控制算法的选择 (2)二、系统理论分析与计算 (3)1、PID算法的分析 (3)2、风力摆的角度、加速度计算 (4)3、电机转速与风力摆控制分析 (4)三、电路与程序设计 (4)1、电路的设计 (4)（1）系统总体框图 (4)（2）电机驱动电路图 (4)（3）电源 (5)2、程序的设计 (5)（1）程序功能描述与设计思路 (5)（2）程序流程图 (6)四、测试方案与测试结果 (6)1、测试方案 (6)（1）硬件测试 (6)（2）硬件软件联和调试 (6)2、测试条件与仪器 (7)3、测试结果及分析 (7)（1）画直固定直线测试 (7)(2) 画不同长度直线测试,如表2所示。
(7)（3）画圆测试 (7)（4）测试分析与结论 (7)五、结论与心得 (8)六、参考文献 (8)附录1：电路原理图 (9)附录2：源程序 (10)一、系统方案本系统主要有STM32F103最小系统、电机驱动模块、陀螺仪加速度计传感器MPU6050、轴流风机、显示屏、机械结构、电源模块构成。
通过传感器实时的检测角度，通过PID算法根据角度是单片机输出合适的PWM波形，驱动电机驱动芯片带动轴流风机实现轴流风机转速的变化；轴流风机的注定在摆动轴的底部，有多个风机实现、风力摆的画直线、任意角度控制、围绕中心轴画圆等，在OLED显示屏屏上实现数据参数的实时显示，参数的实时调整。
2015全国大学生电子设计竞赛设计报告模板
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月14日摘要当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
测量关心的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
本课题要设计的是风力摆控制系统，通过轴流风机使摆杆摆动，通过主控K60控制轴流风机的各风机风力，使风力摆按照一定规律运动，下端的激光笔在地面上画出要求的轨迹。
关键词：风力摆；轴流风机；PID；K60；目录一、系统方案 (1)1、XXXX的论证与选择 (1)2、XXXX的论证与选择 (1)3、控制系统的论证与选择 (1)二、系统理论分析与计算 (1)1、XXXX的分析 (1)（1）XXX (1)（2）XXX (1)（3）XXX (1)2、XXXX的计算 (2)（1）XXX (2)（2）XXX (2)（3）XXX (2)3、XXXX的计算 (2)（1）XXX (2)（2）XXX (2)（3）XXX (2)三、电路与程序设计 (2)1、电路的设计 (2)（1）系统总体框图 (2)（2）XXXX子系统框图与电路原理图 (2)（3）XXXX子系统框图与电路原理图 (2)（4）电源 (3)2、程序的设计 (3)（1）程序功能描述与设计思路 (3)（2）程序流程图 (3)四、测试方案与测试结果 (3)1、测试方案 (3)2、测试条件与仪器 (4)3、测试结果及分析 (4)（1）测试结果(数据) (4)（2）测试分析与结论 (4)五、结论与心得 (4)六、参考文献 (4)附录1：电路原理图 (5)附录2：源程序 (6)XXXXXXXX（X题）【本科组】一、系统方案本系统主要由XXX模块、XXX模块、XXX模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
大学生电子设计竞赛论文-风力摆控制系统的设计
2015 年全国大学生电子设计竞赛论文B 题：风力摆控制系统的设计2015年8 月15 日摘要该系统以高速单片机STC89C52R为控制核心,主要由物理框架、数据采集系统、主控系统、执行系统四大部分组成。
主控系统以高速单片机STC11F52X助核心，实现对执行系统对直流电机的控制，从而实现基于自由摆的摆动控制系统。
此方案可行性高，且精确度较高。
关键词：单片机( STC11F52X)E ，直流电机，风力摆摆动控制目录1、系统方案论证与选择 (1)1.1 控制系统的论证与选择 (1)1.2 供电系统的论证与选择 (2)1.3 风力摆角度调整系统的论证与选择 (2)2、系统理论分析与计算 (3)2.1 建模与控制方法 (3)2.1.1 基本部分的第一项控制方法 (3)2.1.2 基本部分的第二项控制方法 (3)3 、硬件电路设计与分析 (3)3.1 系统电路总体框图 (3)3.2 主要模块电路的设计 (4)3.2.1 继电器模块电路 (4)3.2.2 单片机模块电路 (4)4、测试方案与测试结果 (5)4.1 测试仪器 (5)4.2 测试方案以及结果...4.2.1 测试基本部分（1）4.2.2 测试基本部分（2）.5、总结....................5.1硬件小结 ............5.2软件小结 ............5.3 心得体会 ........... 附录1电路原理图和PCB版图附录2主要元器件清单 (5) (5)...514 14 15 15 16 18风力摆控制系统（B题）【本科组】1系统方案论证与选择本任务要求设计制作一个基于风力摆测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面上画出要求的轨迹。
据题目要求分析，我们得到基本思路，如图 1. i所示：图1. i 系统总体方案i.i控制系统的论证与选择方案1：用继电器来产生直流机的控制信号。
它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的原件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。
全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统论文
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日摘要系统为由STC 12单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、液晶显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。
MPU6050采集风力摆的姿态角，单片机处理姿态角数据后通过PID精确算法调节直流风机以控制风力摆。
本系统实现了风力摆在仅受直流风机为动力控制下快速起摆、画线、恢复静止的功能，并能准确画圆，且受风力影响后能够快速的恢复画圆状态，具有很好的鲁棒性，另外，本系统具有良好的人机交互界面，各参数及测试模式可有按键并通过液晶显示，性能好，反应速度快。
关键词：PID算法 MPU6050 STC 12单片机人机交互目录一、系统方案........................................ 错误!未指定书签。
1.1主控制器件的论证与选择...................... 错误!未定义书签。
1.2 姿势采集的论证与选择...................... 错误!未指定书签。
二、系统理论分析与计算.............................. 错误!未指定书签。
2.1 风力摆控制系统的分析...................... 错误!未指定书签。
2.2、基础部分功能实现的分析与计算.............. 错误!未指定书签。
2.2.1 基础一功能实现的分析与计算........... 错误!未指定书签。
2.3、发挥部分功能实现的分析与计算.............. 错误!未指定书签。
三、电路与程序设计.................................. 错误!未指定书签。
3.1电路的设计.................................. 错误!未指定书签。
3.2 基础部分系统框图与电路原理图............... 错误!未指定书签。
风力摆控制系统-论文最终版资料
2015年全国大学生电子设计竞赛（瑞萨杯）风力摆控制系统（B题）2015年8月15日本文论述了风力摆系统的工作原理和设计思路。
系统采用STM32F103单片机为主要控制系统，用角位移传感器mpu-6050采集到风力摆的摆头的角度及位置，通过I2C总线传输发送到主控系统中，采用lcd12864显示采集到的信息，通过PID进行数据处理，产生相应的PWM信号，发送到相应的直流风机，控制直流风机实现自由摆动，从而画出直线、圆等轨迹。
关键词：STM32F103单片机；角位移传感器mpu-6050；PID算法摘要 (I)目录 (II)一、方案设计与论证 (1)1.1方案比较与选择 (1)1.1.1控制器模块比较与选择 (1)1.1.2角度传感器模块比较与选择 (1)1.1.3驱动模块的比较与选择 (1)1.2系统最终方案选择 (1)二、测控方法分析与论证 (2)2.1风力摆状态测量分析 (2)2.2运动控制 (2)2.2.1 电机的比较与选择 (2)2.2.2控制原理和计算公式 (2)三、系统设计与分析 (3)3.1主要电路设计 (3)3.1.1 STM32F103单片机最小系统电路 (3)3.1.2电源模块： (4)3.1.3驱动模块： (4)3.1.4陀螺仪模块 (4)3.1.5系统整体电路原理图 (4)3.2 软件程序设计 (4)3.2.1程序功能描述与设计思路 (4)3.2.2程序流程图 (4)3.2.3程序设计 (5)四、测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案 (5)4.2测试仪器 (5)4.3 测试结果及分析 (5)4.3.1测试结果(数据) (5)4.3.2测试分析与结论 (6)五、总结 (6)参考文献 (7)附录一电路原理图 (8)附录二程序流程图 (9)附录三部分程序 (10)附录四元器件清单 (11)一、方案设计与论证1.1方案比较与选择1.1.1控制器模块比较与选择方案一：采用STC89C51单片机作为控制器。
2015全国大学生电子设计竞赛设计报告模板
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日摘要本参赛小组设计制作了风力摆控制系统，实现了风力摆系统的摆起及画圆控制。
该系统主要由机械部分和控制系统构成，其中机械部分包括风机、支架、万向节以及摆杆等；控制部分主要由单片机最小系统、传感器以及直流电机驱动电路组成。
该系统以XS128单片机为控制核心，利用陀螺仪检测摆杆偏角，经AD 转换构成闭环，采用PD 控制算法，通过PWM对风机进行调速，驱动风力摆装置以调节摆杆的偏角，使风力摆摆起并画圆，实现对风力摆的实时控制。
该系统具有结构简单，制作成本低，控制精度较高，抗干扰能力强等优点。
关键词：风力摆，陀螺仪，单片机，PWM，PD算法AbstractThe team created wind pendulum control system design and implement the wind the swing-up and circle of pendulum control.The system mainly consists of mechanical part and control system, mechanical parts including fan, stents, universal joint, and swinging rod, etc.Control part is mainly composed of single chip microcomputer minimum system, sensor and the composition of dc motor drive circuit.XS128 single chip microcomputer as control core, the system using the gyroscope detection swinging rod Angle, the AD conversion constitute a closed loop, the PD control algorithm, through the PWM speed of the fan, wind pendulum device driver to adjust the Angle of swinging rod, and circle the wind sway, but to realize the real-time control for wind pendulum.The system has simple structure, low production cost, high control precision, strong anti-interference ability, etc.Key words: Wind, gyroscope, MCU, PWM, PD algorithm目录一、系统方案 (3)1.1 CPU的论证与选择 (3)1.2 驱动的论证与选择 (3)1.3 控制系统的论证与选择 (3)二、系统理论分析与计算 (4)2.1 系统结构的分析 (4)2.2 摆动与转速的计算 (4)三、电路与程序设计 (4)3.1 电路的设计 (4)3.1.1 系统总体框图 (4)3.1.2 CPU与驱动子系统框图与电路原理图 (5)3.1.3 陀螺仪与风机子系统框图与电路原理图 (5)3.1.4 电源 (6)3.2 程序的设计 (6)3.2.1 程序功能描述与设计思路 (6)3.2.2 程序流程图 (6)四、测试方案与测试结果 (7)4.1 测试方案 (7)4.2 测试条件与仪器 (7)4.3 测试结果及分析 (8)4.3.1 测试结果 (8)4.3.2 测试分析与结论 (8)五、结论与心得 (10)六、参考文献 (10)附录1：电路原理图 (12)附录2：源程序 (13)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由CPU模块、驱动模块、陀螺仪模块、电源模块、风机模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
全国大学生电子设计竞赛B题风力摆设计报告
2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）2015年8月15日摘要本文以 IAP 单片机为控制核心，可以在运行过程中对User Flash的部分区域进行烧写；MPU6050是陀螺仪与加速度传感器的结合，可实时检测出风力摆的状态并由单片机处理后通过PID 控制算法实现闭环调节，实现对直流电机转速的控制以此来达到风力摆的动态平衡。
系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
风力摆运行状态由液晶显示，智能性好，反应速度快，具有良好的人机交互界面。
目录风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由控制处理模块、角度，加速度检测模块、驱动模块、电源模块、显示组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、电机的论证与选择方案一：采用步进电机。
步进电机具有动态响应快、易于起停，易于正反转及变速的优点。
但缺点是它以步进式跟进，角度小于一个步距角时是系统响应盲区，而且经过测试步进电机在控制旋转臂时，抖动性大并且容易出现卡顿现象，所以不适合风力摆的控制。
方案二：采用小型轴流风机。
扭矩大，体积小，驱动电路简单，稳定强，负载能力强等优点。
综合比较以上两种电机，结合设计所需平稳的控制摆杆处于竖直状态，故选择小型轴流风机。
2、单片机的论证与选择方案一：采用 AT89C52 单片机。
AT89C52 单片机是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。
方案二：采用IAP15F2K61S2 单片机。
IAP 系列单片机具有低功耗、高速度、超强抗干扰等优点。
方案三：采用 STC89C52RC 单片机本身带有有 8 路十位 AD 转换和 2 路 PWM，而且处理速度比一般单片机要快，精度高。
综合比较以上三种单片机。
为了更方便、高精度、高速度地控制系统，完成题目要求，故选择 IAP15F2K61S2 单片机为主控芯片。
3、电机驱动电路的论证与选择方案一：使用 L298N 芯片。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电机驱动
方案一：采用自搭接的H桥电路
选用大功率达林顿管或场效应管自制H桥电路，电路原理简单，具有高效，低功率等特点，但是性能不够稳定，电路调试复杂。
方案二 采用芯片L298驱动电机，
用单片机控制L298的输入使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。 电子开关的速度很快， 稳定性也极强。 但驱动电流小，无法驱动更大功率的电机，限制了其应用范围。
方案三：采用以ARM Cortex-M3为内核的STM32F1系列控制芯片，STM32系列芯片时钟频率高达72MHz，具有64K字节SRAM，512K字节的FLASH容量，具有极强的处理计算能力。较为适合需要快速反应的 XX 系统。
通过比较，我们选择方案三，采用STM32F3系列单片机STM32F107作为控制器
其中ui 为第k 次采样时刻的控制信号，eK为第K次采样时刻的偏差信号。
Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
增大比例系数Kp，系统的动作变灵敏，速度加快，稳态误差减小；但振荡次数也会加多，调节时间加长。积分控 制使系统的稳定性下降，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。微分控制可以改善动态特性，它对偏差的变 化趋势进行超前调整，从而可以有效地提高系统的动态性能，加大阻尼，减小超调量。该方案理论成熟，但是实 际实现起来较为复杂，比例，积分，微分三个控制环节的控制系数较难确定，因而调节周期可能会很长。我们通 过PID算法使激光笔较快较准确地找回水平线，此方法误差非常小。）
基于上述两种方案的比较，我们选择方案一。
算法的选择
方案一、采用模糊控制算法,?模糊控制有许多良好的特性,它不需要事先知道对象的数学模型,具有系统响应快、超调小、过渡过程时间短等优点，但编程复杂，数据处理量大。
方案二、采用PID算法，按比例、积分、微分的函数关系,进行运算,将其运算结果用以输出控制。优点是控制精度高,且算法简单明了。对于本系统的控制已足够精确，节约了单片机的资源和运算时间。
综合比较以上两个方案，本系统选择方案二。
（ 2.5算法的选择
我们采用PID算法。PID控制是过程控制领域中应用最普遍的控制规律，它是通过改变调节器参数来实现的。
首先计算控制量的增量： ?ui?ui?ui?1
又可写为： ?ui?Kp*[eK?eK?1]?Ki*eK?Kd*[eK?2eK?1?eK?2]
无线模块的选择
方案一：采用电磁线圈等电子器件搭接无线接收发送电路，由于无线通信对电子器件性能的要求比较高，用分立元件组成的电路存在很大的外界干扰和发送信号的频率的不确定性。
方案二：选择工作于24GHz频段的nRF24L01射频芯片，并由超低功耗单片机MSP430F1232控制实现短距离无线数据通信.该设计具有成本低、功耗低、传输速率高、软件设计简单以及通信稳定可靠等特点。RF24L01芯片最突出的特点是有2种通信模式:DirectMode(直接模式)和ShockBurstMode(突发模式)。
通过比较明显方案二最单洁清晰、容易实现、速度快、精度高。从系统指标要求来看，对速度要求较高，低速与高速之间差别较大，且准确度要求高，各个速度之间的切换也要求简单、迅速。采用方案二可利用单片机运行速度快的特点进行速度的快速调整，且方案二速度准确度高、级数多容易达到系统指标要求，所以我们选用方案二作为控制部分具体实施的方案。
方案二、采用数字的加速计，通过数字加速计可以直接将检测信号给控制器，精度高的价格较贵。?
方案一：采用倾角传感器SCA100T-D02。SCA100T-D02是一种静态加速度传感器，当加速度传感器静止时（也就是侧面和垂直方向没有加速度），作用在它上面的重力加速度。重力（垂直）和加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。它测量的角度为X轴和Y轴正负九十度，能够满足题目的要求。
电机速度控制
方案一：采用D/A变换电路将数字量转换成控制电机电压的模拟量。再利用电平的高低达到调速的目的。原理框图如图1所示。本方案达到了利用CPU输出的数字量精确控制模拟量的目的。但原电路比较复杂，成本较高。
方案二：采用脉宽调制方式（PWM）从I/O口输出不同占空比的脉冲，经滤波后获得不同高低电平控制电机。本方案可以达到对速度的控制要求，且控制简单易实现。
单片机比较
方案一：采用传统的51系列单片机。
传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。
方案二：采用以增强型80C51内核的STC系列单片机STC12C5A60S2，其片内集成了60KB程序Flash，2通道PWM、16位定时器等资源，操作也较为简单，具有在系统调试功能（ISD），开发环境非常容易搭建。但实际使用了三维角度传感器等对速度要求较高的外设，因此无法很好地符合设计的需要。
方案二：采用水平角度传感器AS5040。这款芯片是一种非接触、高分辨力编码、在零度到三百六十度范围内进行角度案，它将霍尔元件、模拟前端和数值信号处理器、接口检录集成在单个芯片中。它提供磁钢和增量信号和绝对角度位置，可以放在芯片的上面或下面。
综合以上分析，电机驱动芯片L298N电路设计简单、抗干扰能力强、可靠性好，所以选择方案二
角度传感器选择
方案一、采用模拟三轴加速度计MMA7260,MMA7260QT是检测物件运动和方向的传感器，它根据物件运动和方向改变输出信号的电压值。通过TCL2543（12位开关电容型逐次模数转换器）A/D转换器读取输出信号，检测其运动和方向。此外精确度高、低功耗、成本低，控制系统电路更加简洁，可靠性更高。
经过讨论，虽然这AS5040款传感器能够满足角度的要求，但是实际不好安装到单摆上，安装不好误差非常大，所以我们小组没有采用此芯片。所以我们采用用SCA100T-D02。
方案三：MPU-6050为整合性6轴运动处理组件（三轴陀螺仪 + 三轴加速度），其角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps)，可准确追踪快速与慢速动作。具有精度高，