2014年TI杯大学生电子设计竞赛
简易风洞及控制系统G题（高职高专组）
2014.8.13
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摘 要
风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
本设计主要通过MSP430单片机控制直流风机完成简易风洞试验。风洞由圆管，连接部与直流风机构成，由单片机产生PWM控制直流风机的转速，通过红外对管阵列采集光强信息检测小球在圆管中的位置，同时由12864液晶显示小球的高度位置及维持状态的时间，从而实现小球在简易风洞中的位置控制。
关键词：MSP430，直流风机，红外对管，风洞
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目 录
1.系统方案 ................................................................................................ ４ 1.1 主控板模块的论证与选择 ......................................................... ４ 1.2 测距模块的论证与选择 ............................................................. ４ 1.3 显示模块的论证与选择 ............................................................. ４ 1.4 电机驱动模块的论证与选择 ....................................................... 5 1.5 电源模块的论证与选择 ............................................................... 5 2.电路设计 .................................................................................................. 6 2.1系统总体框图 ................................................................................ 6 2.2单片机最小系统.........................................6
2.2.1 MSP430单片机介绍 ............................................................ 7 3.1.2 单片机最小系统设计框图 .................................................. 8 3.1.3 单片机最小系统设计原理图 .............................................. 8 2.3红外对管阵列测距模块及其电路 ................................................ 9 2.3.1红外对管工作原理 ............................................................... 9 2.3.2红外对管阵列电路图 ........................................................... 9 2.4直流风机模块及其电路 .............................................................. 10 2.4.1直流电机驱动L298N ......................................................... 10 2.4.2 L298N内部结构及电路图 ................................................. 10 2.5显示模块及其电路 ...................................................................... 11 2.5.1 12864液晶显示介绍 .......................................................... 11 2.5.2液晶并行接口说明 ............................................................. 12
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2.5.3接口信号说明 ..................................................................... 12 2.6电源模块及其电路 ...................................................................... 13 2.6.1直流稳压电路工作原理 ..................................................... 13 2.6.2直流稳压电源电路图 ......................................................... 13 3程序设计 ................................................................................................ 14 3.1程序功能描述 .............................................................................. 14 3.2程序设计思路 .............................................................................. 14 3.2.1 PWM控制风机转速 ........................................................... 14 3.2.2 PID闭环调节 ...................................................................... 14 3.３程序设计思路 ............................................................................. 15 3.３.1 主程序流程图 .................................................................. 16 3.３.2 PWM调速子程序流程图 ............................................... 16
4测试方案与测试结果 ........................................................................... 16 4.1测试方案 ...................................................................................... 17 4.2 测试条件与仪器 ......................................................................... 17 4.3 测试结果及分析 ......................................................................... 17 4.3.1测试结果(数据) ................................................................... 18 4.3.2测试分析与结论 ................................................................. 18 5 设计总结 .............................................. 19 附录1：电路原理图 ............................................................................... 20 附录2：源程序 ....................................................................................... 21
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1.系统方案
本系统主要由主控板模块、测距模块、显示模块、电机驱动模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1主控板模块的论证与选择
方案一：采用TI公司的MSP430F149，此款单片机功耗低，接口较多，内部外设较多，中断较多，操作比51系列单片机稍微复杂，价格稍贵，但是性价比高。
方案二：采用ATMAL公司的51单片机，价格低廉，应用普遍，操作简单，但是外设端口较少，多适合于初学者。
综上诉述，选择功耗低，接口多的MSP430单片机。 1.2测距模块的论证与选择
方案一：超声波测距，超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于20kHz的机械波。超声波测距的原理是根据超声波在空气中传播的反射原理，以超声波传感器为检测部件，应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。超声波测距仪在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片，根据发射和接收的时间差，最终计算出超声波发生器到障碍物的实际 距离,完成测距，最后在LED显示电路中显示测量的距离。 方案二：红外线测距，利用的是红外线传播时的不扩散原理，当红外线从测距仪发出碰到物体被反射回来被测距仪接收到，再根据红
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