帆板控制系统

帆板控制系统

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：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 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 Angle 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

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。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,1.35A

1.1.3 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，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。