兰州工业学院毕业论文
摘 要
该系统为一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小改变帆板角度。为了满足帆板控制系统的设计要求，进行了各单元模块的比较论证及确定，本系统以AT89C52单片机作为系统的核心控制芯片，选HQ7101模拟三轴加速度传感器模块来测量帆板转动的角度，灵敏度高，满足对角度的准确测量。
对于关键的电机驱动电路，经过充分的比较与论证，最终选用驱动模块L298N，通过单片机输出PWM脉冲，更好地实现了电机的调速；并且加入PID控制，实现了控制角度的优化。系统显示部分采用12864液晶显示，串行接口，编程容易，并且现实的信息量大。
关键词： AT89C52 ;PWM脉冲;L298N
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Abstract
This system is a panel control system, through the control of the fan speed, adjust the size change wind windsurfing angle. In order to meet the requirements of design panel control system, compares and demonstrates each module and determination, this system takes the AT89C52 single chip as the core control chip, HQ7101 simulation of three axis accelerometer module to measure the windsurfing rotation angle, high sensitivity, accurate measurement of the angle of the meeting.
The key of the motor drive circuit, through comparison with sufficient argumentation, the final selection of the drive module L298N, pulse through the singlechip output PWM, better realize the motor speed; and adding PID control, to realize the optimization of control angle. System display part adopts 12864 liquid crystal display, serial interface, easy programming, and the amount of information real big.
Keywords: AT89C52 ; PWM pulse; L298N.
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目录
1绪论........................................................................................................................................... 1
1.1课题研究的背景及目的 ..................................................................................................... 1 1.2帆板控制系统在国内外的现状分析.................................................................................... 1 1.3课题研究的主要内容......................................................................................................... 2 1.4课题研究的目标................................................................................................................ 2 1.5拟解决的关键问题 ............................................................................................................ 2 2系统方案选择及论证 .................................................................................................................. 3
2.1系统方案 .......................................................................................................................... 3
2.1.1主控制器的选择 .................................................................................................... 3 2.1.2电源模块的选择 .................................................................................................... 4 2.1.3角度信号采集模块的选择 ...................................................................................... 4 2.1.4 A/D转换模块的选择 ............................................................................................. 4 2.1.5驱动模块的选择 .................................................................................................... 5 2.1.6显示模块的选择 .................................................................................................... 5 2.2 系统理论分析与计算 ....................................................................................................... 5 3系统硬件设计与实现 .................................................................................................................. 6
3.1系统硬件的基本组成........................................................................................................ 6 3.2硬件电路模块设计 ........................................................................................................... 6
3.2.1 AT89C52控制芯片设计.......................................................................................... 6
3.2.2驱动模块电路设计................................................................................................. 9 3.2.3采集模块电路设计................................................................................................. 9 3.2.4显示模块电路设计............................................................................................... 10 3.5电源模块电路设计 ..........................................................................................................11
3.5.1 直流稳压电源的基本原理 ....................................................................................11
3.5.2 电源电路设计 ..................................................................................................... 12
4 软件设计 ................................................................................................................................. 14
4.1程序功能描述与设计思路............................................................................................... 14 4.2 LCD液晶显示的设计...................................................................................................... 14 4.3 角度控制流程图 ............................................................................................................ 14 4.4系统流程图.................................................................................................................... 15 5 结论与总结 ............................................................................................................................. 16
5.1 结论 .............................................................................................................................. 16 5.2 总结 .............................................................................................................................. 16 6 致谢 ........................................................................................................................................ 17 7 参考文献 ................................................................................................................................. 18
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1绪论
1.1课题研究的背景及目的
利用帆板角度控制系统可以测量风力大小，假如可以精确测量出帆板偏转角度，那样就可以算出风力大小，研究成功，帆板角度控制系统将成为测量风力大小产品，就可以节约很多电能，又可以把测量风力设备向智能化产品过渡，而且在原来基础上更加完美和人性化。单片机应用意义不仅在于它广阔范围及所带来经济效益。更重要意义在于，单片机应用从根本上改变了控制系统传统设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化数字计算控制、模糊控制和自适应控制。
单片机又称单片微控制器，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度等物理量的测量。本系统就是以单片机为核心建立起来的，要实现对帆板转角大小的控制，其归根就是对风扇的控制，帆板的转角随着风扇风力的变化而变化，角度传感器给单片机不同的角度检测信号，经单片机处理后在LCD液晶上显示。系统体现了模块化的设计理念，将单片机和各个器件结合在一起，完成系统化的设计，充分发挥了单片机的可靠性、可操作性和强大处理功能。
在摇动帆式风力发电系统中，通过帆板的往复摇转转变为旋转运动后可以驱动发电机发电，且具有发电效率高和良好的低风速发电特性和优异的耐强风性特点。帆板转角在一定范围内时发电效率较高。
1.2帆板控制系统在国内外的现状分析
目前国内外有类似的研究，但是不是很多，因为帆板控制系统本身也有它的局限性，首先，可应用的范围是比较广泛，但是一般不可单独使用，很多时候需要其他设备的辅助和支持，但是不可否认，它的的确确得到了一定的应用，例如在条件要求极其苛刻，不允许有漏电，电磁辐射等破坏和干扰的条件下，所有电器几乎都不用使用，帆板控制系统就可以实现较远距离的闭环式自动控制，满足特殊环境下的控制要求，不仅如此它
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在农业、军事、航空等领域也都有重大应用潜力。
单片机源于20世纪70年代，到现在也有一定历史，单片机发展经历了几个不同阶段，现在单片机越来越成熟，成为一些智能化产品设计者研究对象。随着社会发展，智能化已经成为现代化产品发展新趋势，基于微机控制系统智能化有利于对帆板控制。是否可以实现远程控制、是否可以进行语音报警。又成为越来越感兴趣研究方向。国内外走在积极发展这方面技术一应用于生产生活，控制系统随社会发展需求发展，将会更加智能化，便捷化，更灵活，更方便应用于生产生活，帆板转角控制系统研究发展就沿这趋势。
1.3课题研究的主要内容
以单片机控制系统为核心，设计一个帆板控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变帆板转角θ，可实现转角值的实时显示和控制。
1.4课题研究的目标
提高了系统抗干扰性、准确性和稳定性，整个控制系统响应速度快，成本低，容易驱动控制，噪音小、低功耗，。就基本满足设计要求。
1.5拟解决的关键问题
（1）对风扇电机转速进行快速而准确控制，以保证风扇转角在控制范围内； （2）为保证系统精度要求，必须要对帆板转动角度进行实时检测；
（3）为保证帆板在尽可能短时间内达到预定角度还需要相应设定及显示电路。
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