大学生电子设计竞赛论文-风力摆控制系统的设计
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。
风力摆控制系统 设计报告
大学生电子设计竞赛风力摆控制系统学院: 计算机学院项目：风力摆控制系统负责人：王贤朝指导老师：张保定时间： 2017年5月20日摘要本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。
单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。
利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。
使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。
控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。
从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。
关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙目录一、系统方案 (1)1.1 系统基本方案 (1)1.1.1 控制方案设计 (1)1.1.2 机械结构方案设计 (1)1.2 各部分方案选择与论证 (1)1.2.1电机选择 (1)1.2.2 电机驱动的选择 (2)1.2.3 摆杆与横杆的连接选择 (2)1.2.4 摆杆与风机的连接选择 (2)二、系统理论分析与计算 (2)2.1风力摆位置的计算与分析 (2)2.2风力摆运动状态的分析 (3)2.3控制算法的分析 (3)三、电路与程序设计 (3)3.1电路的设计 (3)3.1.1电路 (3)3.1.2电源 (4)3.2程序的设计 (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)四、测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案 (5)4.2测试条件与仪器 (5)4.3测试结果及分析 (5)（1）测试结果 (5)（2）测试分析与结论 (6)五、结论与心得 (6)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案1.1 系统基本方案1.1.1 控制方案设计为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。
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。
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。
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。
电赛控制类风力摆论文
电赛控制类风力摆论文 The latest revision on November 22, 20202015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（B题）【本科组】2015年8月15日摘要本设计由MC9S12XS128MAL单片机控制模块、角度检测模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。
由BTN7971驱动12V、1.2A的直流风机作为风力摆的动力源，MMA7361采集风力状态角，单片机处理状态角数据后通过PID调节直流风机控制风力摆，实现在直流风机作为动力控制下快速起摆、画线、恢复静止，画圆的功能。
为了使测控系统控制更为精确，在采集数据的过程中采用了非线性误差校正以及卡尔曼滤波等数据处理方法。
同时设计中考虑到可能存在的各种干扰因素，采用软硬件结合的抗干扰方法提高系统控制的稳定性。
经过反复的测验，该方案完全能够实现题目要求！关键字：单片机闭环风力摆控制系统卡尔曼滤波目录方案论证与比较系统主控芯片选择方案一：采用AT89C51系列单片机作为控制的核心。
51单片机价格便宜，应用广泛，I/O口的设置和使用操作简单。
但是51单片机的运行速度过慢，抗静电抗干扰能力弱，内部资源和存储器功能较少，而且无ADC，还需要用外接电路实现AD转换，使硬件电路变得复杂。
另外，51单片机完成系统功能较为困难。
方案二：采用MC9S12XS128MAL作为控制核心MC9S12XS128MAL是Freescale公司生产的16位单片机，储存功能强大，具有丰富的输入/输出端口资源，具有多种寄存器功能，而且端口引脚大多为复用口，具有多功能，所有端口都具有通用I/O口功能。
内部本身自带PWM、A/D 转换功能，可以直接用，省去了单独做PWM模块和A/D转换模块，节省大量时间。
完全能够实现本系统的所有功能。
综合考虑，本系统选择方案二风力摆动力系统方案选择根据题目要求，用2~4只直流风机，共有一下三种方案选择！方案一：采用两只风机作为系统动力系统。
电子竞赛论文-范本模板
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日摘要风力摆控制系统是一电机驱动测控系统，本系统以STC89C52单片机为控制核心,由轴流风机进行驱动，MPU6050三维角度传感器进行检测，应用PID控制算法，轴流风机调速使摆臂在一定角度范围内做自由摆及圆周运动，同时可以通过显示模块显示风力摆所处状态的各种参数。
本系统结构简洁分明,达到了赛题所要求的基本功能。
关键词：风力摆；STC89C52；轴流风机;PID；目录一、系统方案论证与选择 (1)1。
系统方案 (1)2。
方案比较与论证 (1)(1)控制模块的选择与论证 (1)（2）电机驱动模块的论证与选择 (1)（3)角度检测模块的论证与选择 (1)（4)显示方案的论证与选择 (2)二、系统理论分析与计算 (2)1。
机械结构的设计 (2)2.风力摆状态的检测与计算 (2)3.风力摆运动状态的分析 (3)4。
驱动与控制算法 (3)(1）电机驱动 (3)(2）控制算法 (3)三、电路及程序设计 (4)1.电路设计 (4)(1)风机驱动电路设计 (4)（2）显示模块 (5)2.程序设计 (5)四、测试结果与分析 (6)1.测试仪器 (6)2。
测试方案与结果 (6)（1)风力摆做自由摆动的测试 (6)（2）风力摆做幅度可控摆动的测试 (7)（3)静止状态恢复测试 (7)3.测试结果分析 (7)五、总结 (7)参考文献 (9)附录A 主要元器件清单 (10)附录B 电路原理图 (11)附录C 源程序 (12)一、系统方案论证与选择1。
系统方案本系统主要由单片机控制模块、电机驱动模块、角度检测模块、电源模块组成，键盘模块，显示模块组成。
2。
方案比较与论证(1)控制模块的选择与论证方案一：采用MSP430单片机MSP430系列单片机采用精简指令集结构，具有丰富的寻址方式，以及强大的处理能力并且具有超低的功耗。
在运算速度方面，能在8MHz 晶体的驱动下，实现125ns 的指令周期。
风力摆控制系统-B
风力摆控制系统摘要：风力摆控制系统由五大部分组成，即控制单元、动力单元、检测单元、总线单元、电源和人机交互部分。
风力摆控制系统的控制核心STM32F103ZET6根据检测部分JY-901九轴角度传感器测得物体的位置信息和运动趋势，对直流轴流风机进行模糊PID控制，保证了系统的快准稳控制，采用串行总线传输信号，最终实现了风力摆的轨迹控制。
关键词：直流轴流风机、JY-901九轴角度传感器、STM32F103ZET6、模糊PID、串行总线。
引言：风力即是风的机械力，我们想用风力作为我们的唯一动力控制物体运动。
作为我们控制领域的一道难题。
2015年大学生电子设计大赛出了一道风力摆系统的题目，使研究锋利为动力的控制系统在大学生的控制领域展开，风力摆系统作为空气动力学我们需要系统的紧密配合才能做到对系统的控制。
1.系统方案本系统以基于超低功耗ARM Cortex-M3处理器内核的STM32F103ZET6作为系统主控制器，外接JY-901九轴角度传感器、电机驱动模块、薄膜键盘、OLED液晶屏，采用rs232串行总线方式做信息的传输。
控制过程如图1.1所示：由人机交互部分的键盘输入控制目标，根据监测部分JY-901九轴角度传感器测得物体的位置信息，交由风力摆控制系统的控制核心STM32处理，将控制信号传输给电机驱动。
进而控制轴流风机运动带动摆臂运动，来实现轨迹和位置的控制，使激光笔得到相应的轨迹。
图1.1 系统原理图1.系统内部模块的方案论证和选择1.1主控芯片的论证与选择方案一：采用AT89S52单片机AT89S52是CMOS8位微控制器，具有8K的系统可编程Flash存储器。
具有低功耗，价格便宜，控制简单等一系列优点。
但在执行动态刷新的时候读取EEPROM的速度慢，刷新频率受到限制。
内存空间小，端口资源和功能相对不够丰富[1]。
方案二：大规模可编程逻辑器件FPGA目前，大规模可编程逻辑器件容量不断增大，速度不断提高，I/O口均在数百以上，也可以在不改变硬件电路的情况下改变功能。
风力摆控制系统
风力摆控制系统摘要：本系统以MSP430F149单片机作为主控芯片，通过陀螺仪传感器MPU-6050检测风力摆的姿态信息，采用PID控制算法和互补滤波，实现了系统的最优控制，角度和X-Y轴等姿态信息的实时显示，使系统按照预期的轨迹运动。
本设计结构简单、可靠性高、操作方便、性能优良。
关键词：风力摆；MSP430F149； PID调节；互补滤波目录一、系统方案 (1)1、检测模块的论证与选择 (1)2、动力模块的论证与选择 (1)3、显示模块的论证与选择 (1)4、控制模块的论证与选择 (2)二、系统理论分析 (2)1、运动情况分析 (2)（1）水平直线运动 (2)（2）自动“归零”运动 (2)（3）圆周运动 (3)2、水平直线运动计算 (3)3、圆周运动计算 (3)4、PID调节和互补滤波 (4)三、电路与程序 (4)1、电路的设计 (4)（1）系统总体框图 (4)（2）供电子系统 (4)（3）检测模块 (5)（4）显示模块 (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)2、测试条件与仪器 (6)3、测试结果及分析 (6)（1）测试结果 (6)（2）测试分析与结论 (8)五、结论与心得 (8)六、参考文献 (8)风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本系统主要由检测模块、显示模块、动力模块和控制模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1、检测模块的论证与选择方案一：采用MMA7455加速度传感器检测平台倾角。
其核心为飞思卡尔公司的MMA7455L数字三轴加速度传感器，它通过数字输出，工作可靠。
但其8位模式限制了其测量精度，在测量微小的角度变化上误差较大，且7455不含陀螺仪，由此产生陀螺仪与加速器之间时间差的问题。
方案二：采用电位器检测摆杆倾角。
用电阻分压方式可以实现电位器对角度变化的感应。
但是必须经过模数转换才能将信号传给处理器处理，其灵敏度和模数转换器的精度都会对测量结果产生直接影响，误差很大。
风力摆控制系统
摆杆
风机 1 风机 2
图 2.3 两个直流风机组合示意图
4
方案 2： 使用四个直流风机，用两个矩形塑料板组成十字形，分别将四个直 流风机放置在四个点上如图 2.4 所示。每个轴上由两个直流风机控制风力摆的摆 动，可以很好地做到加速摆动与快速制动，能够更容易的实现题目的要求。
（2） 在发挥部分（1）后继续作圆周运动，在距离风力摆 1~2m 距离内用 一台 50~60W 台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹 5s 后停止，风力摆能够在 5s 内恢复发挥部分（1）规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的轨迹；
（3） 其他。
2 方案论证与设计
2.1 总体方案描述
本设计的结构示意主视图与俯视图如下图 2.1 所示，为了实现题目中的要求， 我们在初始点 O 处 1~4 号直流风机全部开始运转，1、3 号直流风机用来调节垂 直于运动方向上的距离，使其摆动时偏差不超过允许范围；2、4 号直流风机同时 运转，但转速不同，使风力摆向风速小的方向运动。风力摆无法直接运动到指定 位置，所以需要多次摆动，每次到达最高点时将其推向另一侧，最终使其实现摆 动。采用姿态采集模块来测量摆动角度，进而推断画线长度；通过几个在直流风 机的合力使风力摆向任意指定方向摆动；改变各个直流风机的风速使其尽快制动。 调节各个风机使其在有无干扰的情况下完成画圆功能。
方案 1：12864 液晶显示，12864 不仅能显示数字符号，还能显示汉字与图 形，操作方法与其他液晶显示相似。但其体积较大，并且价格较高。
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。
全国大学生电子设计竞赛设计报告B题风力摆控制系统精编版
全国大学生电子设计竞赛设计报告B题风力摆控制系统公司内部编号：（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）参赛学校：长安大学队伍编号：XZ015参赛队员：崔曜东、马若斯、李宝才指导教师：2015年8月15日摘要本系统为由STM32单片机控制模块、姿态采集模块、风力摆模块、人及交互系统以及风力摆机械结构组成的闭环控制系统。
MPU-6050陀螺仪传感器实时采集风力摆的姿态角及角速度，STM32f103单片机通过PID 算法调节轴流电机转速以控制风力摆。
风力摆能够实现快速起摆、画线、恢复静止的功能，并能准确画圆。
同时系统可以通过键盘设定运行模式和相关角度值，风力摆的角度和运行时间由液晶显示，具有较好人机界面。
系统设计结构简单，制作成本低，控制精度高。
关键词：STM32f103、MPU-6050模块、PWM调速AbstractThis system is composed of STM32 control module, attitude acquisition module, wind force model, human and interactive system, and the closed-loop control system composed of wind force. The attitude and angular velocity of the MPU-6050 gyroscope sensor are acquired in real time, and the speed of the motor is controlled by the PID algorithm, and the speed of the motor is controlled by the STM32f103 algorithm. Wind power can be achieved quickly, draw lines, restore the function of static, and can accurately draw circle. At the same time, the system can set up the operating mode and the relevant angle value, and the angle of the wind force and the running time of the system are displayed by the LCD. The system has theadvantages of simple structure, low cost and high control precision.Key words: MPU-6050, STM32f103 module, PWM speed control目录风力摆控制系统（B题）【本科组】一、系统方案本风力摆控制系统主要包括控制模块、电源模块、姿态采集模块、轴流风机及驱动模块、LCD显示模块、人机交互系统以及风力摆机械结构组成。
全国大学生电子设计竞赛设计报告
全国大学生电子设计竞赛设计报告Corporation standardization office #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ82015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 drivecircuit.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。
一种风力摆系统的设计
一种风力摆系统的设计唐晨光【摘要】文章介绍了风力摆控制系统的设计与制作。
系统以STM32为主控芯片，通过角度传感器MPU6050将三维数据传给单片机，单片机输出相应的PWM方波，通过电机驱动模块BTN7961控制轴流风机的风力大小，从而实现对风力摆控制系统的控制。
根据风力摆的数学模型分析，确定了万向节和摆杆之间的PID控制算法，并在实验中优化控制参数。
经反复试验，证明该系统实现了设计的要求。
%This paper describes the wind swing control system design and production system with STM32 mainly control chip. Through the angle sensor, this is the 3D data transfer to the microcontroller, microcontroller output corresponding PWM square wave, through the motor drive wind lfow fan module BTN7961 control shaft, in order to realize the control of wind pendulum control system. According to the mathematical model of the wind swing, the PID control algorithm between the universal joint and the swing rod is determined, and the control parameters are optimized in the experiment. Through repeated experiments, it is proved that the system has achieved.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】3页(P71-72,85)【关键词】STM32F103RCT6;角度传感器;电机驱动模块BTN7961;轴流风机【作者】唐晨光【作者单位】武昌工学院，湖北武汉 430065【正文语种】中文1.1 系统总体设计本系统硬件包括主控芯片STM32、角度传感器MPU6050、电机驱动模块BTN7961、摆杆、万向节及支架。
- 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)。
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。
在各种自动设备中，都要求用一个低电压电路提控制一个高电压的电器电路。
这样不仅可以为电子线路和电器电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。
使得利用单片机来编程控制继电器来产生一个频率开关,使风力摆在固定的高度受到定时直流风机的作用，加大风力摆在这个高度的受力作用•使得风力摆稳定的摆动，使激光笔能画出符合题目要求的直线•要找到风力摆的固定高度用单片机使用延时程序是比较容易的。
所以采用这个方案。
方案2：用模拟电路来产生直流电机的控制信号。
利用PWM 脉冲对直流风机受到稳定的电压驱动，在直线上受到稳定的力，能在一条直线上运动，但需要MOS 管驱动，必须对MOS 管的型号、精度有更高的要求，用单片机编程有一定的难度同时在电路上有更高的要求。
综上所述两个方案，本控制系统选方案1。
1.2供电系统的论证与选择方案1用变压器对家用电压220V进行降压。
这个要修改电路图，需打板，需要检测，在一定程度上花费的时间更多。
在选择使用变压器的时候，有型号要求，在电路输出后的电压一定为12V，而且电压要稳定不变。
这个对于手动电路图有一定的要求，比较严格。
方案2:直接用电脑电源给整个系统供电。
电脑电源能够产生更稳定的12V电源，能够稳定的给直流风机供电，使直流风机能稳定摆动，激光笔能够画出题目要求的直线。
不用花费太多时间去修改。
容易达到我们需要的直流风机摆动的效果。
综上所述两个方案，本控制系统选方案2。
1.3风力摆角度调整系统的论证与选择根据题目要求,要用直流分机来控制控制风力摆的的平衡。
直流风机我们可以选用大、中、小的风扇。
下面是对三种型号的直流风机的风扇分析和比较。
方案1:采用大型直流风机作为系统的主要动力机构。
大型直流风机是日常生活中比较常用的电机类型，故直流电机可以采用由小功率三极管8050和8550组成的简单H型PWM电路作为直流电机的驱动。
虽然和脉宽调制芯片TL494、光隔离芯片TLP521等构成的电路也能完成单片机对直流电机的控制。
但是本次设计中用到电机调节平板的平衡，要求很高的精度，大型电机较难实现。
因此不选择此方案。
方案2:采用小型直流风机作为系统的主要动力机构。
小型的直流风机太小，四台一起会导致风力摆的重量很重，而用小型的直流风机带动不了那么重的风力摆，风力摆摆动不起来。
对硬件的链接有了更高的要求，机械器材很难达到这么高的精度，不利于我们的控制。
方案3:采用中型直流风机作为系统的主要动力机构。
中型直流风机在各个方面的计算与配合都要好，使得风力摆的稳定性会比大、小型号的更强，方便携带。
在于硬件连接上更方便我们操作。
综上所述三个方案，本控制系统选方案32理论分析与计算2.1建模与控制方法2.1.1基本部分第一项的控制方法直流风机受与单片机的串口通信，通过单片机STC89C51X进行编程，利用程序来驱动直流风机的转速与循环，在程序中利用软计时方法，测得单摆的摆动周期，多次测量求平均值，再依据获得的平均时间，在单片机程序中计算脉冲数及脉冲频率，输出相应控制信号给步进电机驱动器，用继电器来形成一个频率开关，使得直流风机受到相同频率的驱动，使得风力摆能更稳定的摆动。
从而达到控制要求，2.1.2基本部分第二项的控制方法由于风力摆的摆动会导致风力摆的转动，这样就便于控制圆，使得周期的画圆，达到题目要求。
3、硬件电路设计与分析3.1系统电路总体框图综合以上各模块电路方案比较与选择，系统的最终的总方案如图 3.1所示总体方案的描述：本系统可通过键盘输入来选择工作模式和设定摆杆的起始位置，单片机根据输入的工作模式和设定的具体转角，通过继电器来控制给直流风机发送相应的频率，从而达到对直流分机的驱动，使风力摆稳定摆动，最终实现对风力摆的控制。
3.2主要模块电路的设计321继电器模块电路电磁继电器是一种用电磁铁控制的电路开关， 其构造和工作原理如图 所示。
由电磁铁、 弱电电源和电键组成控制电路。
由电动机、强电电源 和电磁继电器的触点部分组成工作电路。
闭合控制电路电键，电磁铁线 圈中有控制电流通过时，电磁铁就吸引衔铁，使工作电路触点 闭合，电 动机启动。
断开控制电路的电键，电磁铁失去磁性，弹簧把衔铁拉起， 在触点处 切断工作电路，电动机停止工作。
利用电磁继电器可以用低电 压、弱电流的信号电路来控制 高电压、强电流的工作电路。
3.2.2单片机模块电路£?」U P■U?J.D VCC ?L1 PO.O >U ?U MlPOi Pl.4 POJ pnP04 PMPOipijH4TKT£A®ALEPK 卩3如 SPENPIT P3J<T) PLfiPU Pl fr ：W)P14 P3■伽 KJ XTAL ：K2 XT.U1 KI GKD w-o述ALE29 EFPl 7I - F1F：f F25 芒K4：+ F2i:J p:: ::F T"21 P2iSR10pin?W7 rcmI I fl -F1C 1pTi ~导戸；亠 £二：亠 17 M -：:；r :n t ；1 *4、测试方案与测试结果4.1测试仪器（1）秒表（2）量角器（3）自制方向角度图纸4.2测试方案以及结果4.2.1测试基本要求（1）驱动风力摆工作，使激光笔稳定的在地面画出一条长度不短于50cm的直线段，来回五次, 记录其由静止至开始自由摆时间和最大偏差距离。
测试结果如表1所示表1风力摆画长于50cm直线测试4.2.2测试基本要求（2）设置风力摆画线长度，驱动风力摆工作，记录其由静止至开始自由摆时间和画不同长度直线时的最大偏差距离。
测试结果如表2所示。
表2风力摆画不同长度直线测试设置风力摆自由摆时角度，驱动风力摆工作，记录其由静止至开始自由摆时间和在画不同角度直线时的最大偏差距离。
测试结果如表3所示。
4.2.4测试基本要求（4）将风力摆拉起一定角度放开，驱动风力摆工作，测试风力摆制动达到静止状态所用时间测试结果如表4所示。
表4风力摆恢复静止测试425测试发挥部分（1）风力摆静止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，记录其画三次圆所用时间和最大偏差距离，重复测试三次。
改变圆半径再次测试，重复以上操作四次。
测试结果表5所示。
426测试发挥部分（2）在4.25的基础上，使用一台60W台扇在距离风力摆1m距离处向其吹5s后静止，记录风力摆恢复画圆状态时间。
测试结果如表5所示。
表5风力摆画圆测试结论应以测试数据与结果分析为依据，简洁地指出以下内容：①实验得到的结果所揭示原理及其普遍性；②研究中有无发现例外或难以解释或解决的问题；③本论文理论上和实用上的意义和价值；④进一步研究本课题的建议。
以上内容不一定面面俱到，但要有感而发。
6、参考文献[1] 童诗白，华程英•模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社,2009.[2] 阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社,2009.[3] 黄智伟，王彦，陈文光等.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：电子工业出版社,2007.[4] 高吉祥，唐朝京.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程（电子仪器表设计）[M].北京：电子工业出版社.2007.[5] 张友德, 赵志英, 涂时亮. 单片机微型机原理、应用与实践（第五版）[M]. 上海：复旦大学出版社⑹郭.2009.天祥•新概念51单片机C语言教程•入门、提高、开发[M].北京：电子工业出版社.2009.[7] 梁明理. 电子线路（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社.2008.。