文档介绍：2011年全国大学生电子设计竞赛
帆板控制系统(F 题)
【120212组】
2011年9月6日
摘要
本文主要介绍了一种帆板控制系统。通过对直流风扇风速的控制,调节风力大小,改变帆板的转角。其主控芯片为MC9S12XS128,通过PWM对电机驱动7960的控制,来调节电机的转速,同时应用光电编码器和倾角传感器作为反馈,对整个调速系统进行PID闭环调节,以到所预期的角度。并且介绍了在调试过程中的实时监控、宏观曲线分析和数据分析应用等调试手段。
文章着重介绍核心器件的选择、各部分电路、软件的设计和调试手段
关键词:PID调速 MC9S12XS128 调试手段
目录
1系统方案 1
1
电机驱动方案的论证与选择 1
MCU控制系统的论证与选择 1
2系统理论分析与计算 2
帆板受力的分析与计算 2
2
帆板的受力分析 2
3
倾角传感器系统原理 3
倾角传感器的计算 3
电机转速控制的分析与计算 3
电机转速控制的分析 3
数字PID控制算法的计算 3
3电路与程序设计 4
4
4
控制电路 5
键盘管理电路 5
显示系统电路 6
7
8
8
9
9
9
10
4测试方案与测试结果 12
12
测试条件与仪器 14
测试结果及分析 14
(数据) 14
15
附录1:电路原理图 16
附录2:源程序 17
帆板控制系统(F 题)
【高职高专组】
1系统方案
本系统主要由倾角传感器模块、电机驱动模块、MCU控制模块、电池组成,下面分别论证这几个模块的选择。
方案一:线性电位WDD35D-4是360°连续机械转角的线性电位器,精度可达到1%,将电位器旋钮和电位器分别于帆板和连杆结合,在帆板转动的同时带动旋钮改变阻值,用AD测出电压变化,从而换算出倾斜角度。
方案二:飞思卡尔公司的MMA7445 三轴加速度传感器,它MMA7260 三轴加速度传感器功能类似,不同点是它输出的是数字量,同样拥有低功耗,高稳定性等特点。
方案三:飞思卡尔公司的MMA7260 三轴加速度传感器,它具有灵敏度可选,低功耗,高稳定性等特点,并且输出模拟信号,同时它的体积小,工作可靠,调试倾角方便等特点也是一方面优势。
方案一线性度好但是机械结构比较复杂,方案三输出的是数字量,精度不可调,方案二可以改变外部AD来实现。综合以上三种方案,选择方案三。
电机驱动方案的论证与选择
方案一:用三极管搭建H桥来控制电机正反转,通过2个8550和2个8050三极管搭建成H桥,其原理简单,通用,但是负载经过电流太小。
方案二:L298N是内部集成的双H桥电路,它的最高电源电压到46 V。直流电流可达到4A。低饱和压降。同时还有过热保护过热时逻辑“0”的输入和高噪声免疫力。是一款常用的电机驱动芯片
方案三:BTS7960是一款半桥驱动芯片,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。并且开关频率可达到25kHz以上,同时兼容TTL控制电平。
由此可见:方案三无论是最大电流和开通内阻相比于方案一和方案二很优秀。综合考虑我们选用方案三
综合以上三种方案,选择方案三。
MCU控制系统的论证与选择
方案一:89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器(ROM)32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。但是定时器过少,并且没有PWM和ADC功能。
方案二:AVR的MEGA16L是一款高性能、低功耗的 8 位AVR微处理器,具有高速,还有四通道PWM和8路10 位ADC以及两个可编程的串行USART都是本系统所需的重要资源。
方案三:MC9S12XS128拥有最高总线速度40MHz,同时实现了8M存储空间连续寻址,同时还有12位的ADC以及支持16位的SPI有4通道24位周期中断定时期。
通过对系统的综合设计考虑以及外设的要求,我们最终选择了MC9S12XS128这款功能更完