文档介绍：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
风力摆控参赛系号熾题262
风力摆控制系统（B题）
摘要
风力摆系统是非线性、。风力摆就是这样一个被控制对象。风力摆本身是一个自然不稳定体，在控制过程中能有效地反映控制中的许多关键问题，如非线性问题、随动问题、跟踪问题等。风力摆系统作为一个实验装置，结构简单，成本低廉；作为一个被控对象，它又相当复杂，只有采取行之有效的控制方法方能使之稳定。本设计是通过测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面画出要求的轨迹。设计的难点之一就是如何精确控制直流风机，直流风机必须克服自身的重力，从而完成题目所要求的直线运动和圆周运动，经过反复的实验，我们最终选择了三个 12V，的直流风机［1］，够成等边三角形，通过 K60 输出三路 PWM 波，通过改变系统参数，通过控制直流风机的占空比和延时，从而改变风机的速度和时间。

方案比较
本节从直流风机型号与个数的选择，处理器选取方案，显示模块选取等方面对设计进行论证。
方案一：DCBRUSHLESSFAN。此型号风机电压12V,，质量比较轻，但是体积比较大，风力比较小，不足以带动自身的重量，在增加风机个数时风机的运动轨迹不稳定，最大距离可达到 10cm。
方案二：9CRA0412P4K03。此风机电压12V，,，风。这个风机的重量比较大，体积相对较小，风力足以带动自身，实现了低消耗功率的噪音。经过多次测试，通过增加风机个数，可以达到预期的距离。
直流风机个数的选择
方案一:采用两个风机作为动力系统。两个风机质量相对三个，四个风机较小，控制也相对简单一点，考虑到发挥部分要求我们画圆，结合物理知识，垂直摆放两个风机，使出风口成为直角 90°，这样比较接近理论部分画一个圆的要求。此方案在风力摆的运动方向和快速静止较难实现。
方案二：采用三个风机作为动力系统。三个风机成等腰三角形，相对而立，重心为等腰三角形的中点，系统稳定性较好。相对于方案 1，此系统画圆时通过控制三个风机不同的占空比相更容易实现。
方案三：采用四个风机作为动力系统。从东南西北四个方向控制风速，实现了方向可控，但也增加了系统自身的负重，使能够达到的最大距离减小。
方案一：采用C51处理器，价格低廉，学习资料比较多，易于自主的学习，但芯片不是很丰富，自身拥有的资源不多，而且处理器速度较低，而风力摆需要的控制精度非常高，51 单片机在外设资源上和运行速度上［2］就显得有点不足了。
方案二：采用飞思卡尔32位K60芯片⑶，该芯片主要以ARM处理器的
Cortex-M4内核进行数据处理，K60体积小、低功耗、高性能，支持Thumb （16 位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件，而且内部资源丰富，时钟可倍频到200M，运行速度相当快，能够在短时间内做出精确的控制。
方案选定
综合考虑，直流风机型号我们选择方案二，直流风机的个数我们选择方案二，处理器我们选择方案二。
方案论证
该系统有风力摆模块，单片机控制模块、显示模块，电源模块、人机交互系统等模块组合控制而成。其中单片机输出三路PWM波控制直流风机的转速，转动的时间，从而驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，拨码选择可以选择当前所要完成的任务要求；液晶显示可以人性化适时提示和显示系统工作状态。

系统机械制作
本设计的系统机械制作包括风力摆支架设计，显示模块，底座结构，直流
风机的搭建等部分。
风力摆的支架选用的是钢管，固定性比较好，其中的弹性可以忽略不计，钢管和碳素维杆通过万向节链接，下方悬挂一组直流风机。（见附件一图一）。
为了很人性化的显示操作状态，我们在整个系统中增加液晶显示模块和灯光提示模块［4］。（见附件一图二）。
三个风机成等腰三角形，相对而立，重心为等腰三角形的中点。（见附件一图三）。
核心系统控制模块
核心系统控制电路如图3所示。
图3最小系统控制模块
电源模块
、拨码开关、显示屏等子系统供电。电源模块使用LEG-1117-［5］。电源模块原理图如图4所示。
玉
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图 4 电源模块
系统软件设计
程序框图
系统控制图
测试方案与测试结果