按键数量较多时,I /O 口浪费大,故此键盘只适用于按键较 少或操作速度较高的场合。
方案二:采用行列式键盘,这种键盘的特点是行线、列线分别接输入线、 输出线。按键设置在行、列线的交叉点上,利用这种矩阵结构只需 m 根行线和 n 根列线就可组成 m ×n个按键的键盘,因此矩阵式键盘适用于按键数量较多的 场合。但此种键盘的软件结构较为复杂。
根据上面两种方案的论述,由于本次设计的系统硬件只需要三个按键,, 所以采用方案一独立键盘进行设计。
1. 2 系统各模块的最终方案
经过仔细分析和论证,决定了系统各模块的最终方案如下: (1控制器方案:采用 S T C 89C 52单片机控制。 (2电源方案:三端稳压器 7805、1117-3. 3降压并稳压。 (3风扇驱动方案:采用 L 298N H 桥驱动电路。
(4角度测量方案:由 M M A 7361三轴加速度传感器和 A D C 0804构成角度测 量电路。
(5数字显示方案:采用 L C D 12864液晶显示 (6键盘模块设计方案:3个独立按键
此外,声光提示模块使用高亮度的 L E D 和蜂鸣器,语音模块使用 I S D 1820语音播报模块。
单片机 S T C 89C 52主要用于控制风扇调速、角度传感器数据处理并与用户进 行交互,实现了帆板角度计算、风力大小控制和帆板角度值设定并稳定角度、 最终进行声光提示、语音播报等功能。
2.系统的硬件设计与实现 2. 1 系统硬件的基本组成部分 系统基本组成框图如图一所示:
图一 帆板控制系统基本框图 2. 1. 1 电源电路
电路中的的风扇需要 18V 的直流电源,单片机、液晶显示屏、模数转换器 A D C 0804、语音模块需要 5V 供电,而角度传感器需要 3. 3V 供电,这里我们选择 使用直流稳压电源提供风扇所需的 18V 电源并通过 7805和 1117-3. 3实现降压 并稳压,为以上器件提供所需的 5V 电源和 3. 3V 电源。图二为电源电路图。并 联二极管起到电路保护作用,三端稳压器两端的电容起到滤波作用,使输出电 压更加平滑、稳定。
图二 电源电路图 2. 1. 2 角度测量电路
为了实现帆板倾斜角度的精确测量,设计中选用飞思卡尔 M M A 7361L 三轴加 速度传感器作为角度测量的核心器件,M M A 7361L 具有三路模拟量输出信号, X o u t 、Y o u t 、Z o u t 脚分别是 X 轴、Y 轴和 Z 轴方向倾角的模拟电压输出脚,该 设计仅测量一个方向的的倾角,因此仅需用 A D C 0804对一个输出脚的数据进行 模数转换,将测得的数字量回传到单片机经过计算即可得到一个方向的倾斜角 度
M M A 7316L 外围电路如图三:
图三 M M A 7361L 外围电路 模数转换电路如图四: 图四 模数转换电路 2. 1. 3风扇控制电路
设计中风扇的转动由直流电机带动,所以要对风扇转速进行调整,就要对 直流电机转速进行控制。
驱动模块是控制器与执行器之间的桥梁,在本系统中单片机的 I /O 口不能 直接驱动电机,只有引入电机驱动模块才能保证电机按照控制要求运行,在这 里选用 L 298N 电机驱动芯片驱动电机,该芯片是由四个大功率晶体管组成的 H 桥电路构成,四个晶体管分为两组,交替导通和截止,用单片机控制达林顿管 使之工作在开关状态,通过调整输入脉冲的占空比,调整电动机转速。其中输 出脚(SE N 1和 S E N B 用来
连接电流检测电阻,V s s 接逻辑控制的电源。V s 为电 机驱动电源。I N 1-I N 4输入引脚为标准 T T L 逻辑电平信号,用来控制 H 桥的开 与关即实现电机的正反转,E N A 、E N B 引脚则为使能控制端,用来输入 P W M 信号 实现电机调速。这样单片机产生的 P W M 脉冲控制 L 298N 的选通端,使电机在 P W M 脉冲的控制下正常运行,其中四个二极管对芯片起保护作用。风扇的速度 由 P W M 决定,P W M 占空比 0%-100%对应风扇转速 0-M A X , 图五为电机驱动电路原 理图。