標(biāo)題: STC單片機(jī)+MPU6050風(fēng)力擺控制系統(tǒng)設(shè)計報告 [打印本頁]
作者: dzh9912220 時間: 2018-5-31 20:13
標(biāo)題: STC單片機(jī)+MPU6050風(fēng)力擺控制系統(tǒng)設(shè)計報告
2015年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽
風(fēng)力擺控制系統(tǒng)（B題）
摘要
本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2為主控芯片，通過MPU6050傳感器提供反饋信息、采用PID控制算法調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)、在液晶和按鍵的作用下顯示并切換工作模式，形成一閉環(huán)測控系統(tǒng)。該測控系統(tǒng)通過控制驅(qū)動各風(fēng)機(jī)，使風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運(yùn)動，同時保證擺桿下方懸掛的激光筆能在地面畫出要求的軌跡。
目錄
摘要1
一、設(shè)計任務(wù)1
二、方案論證1
2.1 控制器模塊方案2
2.2位置檢測模塊2
2.3動力裝置方案設(shè)計2
2.4 外圍模塊方案設(shè)計2
2.4.1 功能調(diào)用模塊的設(shè)計2
2.4.2 顯示模塊的設(shè)計3
2.4.3 聲光提示模塊3
2.4.4 電源模塊3
2.5硬件電路設(shè)計3
2.6 系統(tǒng)控制方案的整體設(shè)計3
2.6.1 風(fēng)力擺擺直線過程分析4
2.6.2 風(fēng)力擺擺圓過程分析4
三、理論分析與計算5
3.1運(yùn)動控制6
3.1.1直線運(yùn)動的控制6
3.1.2 擺圓運(yùn)動的控制6
3.2 軟件實現(xiàn)6
3.2.1 所用算法6
3.2.2 程序部分6
四、測試結(jié)果與誤差分析7
4.1風(fēng)機(jī)性能的測試7
4.2擺直線任務(wù)的測試7
4.3速停任務(wù)測試記錄7
4.4圓周軌跡任務(wù)測試7
4.5誤差分析7
五、結(jié)論心得體會8
5.1結(jié)論8
5.2心得體會8
參考文獻(xiàn)9
附錄1：電路原理圖10
附錄2:部分PCB設(shè)計圖11
附錄3：部分關(guān)鍵程序12
附錄4：系統(tǒng)整體照片13
風(fēng)力擺控制系統(tǒng)
摘要：本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2為主控芯片，通過MPU6050傳感器提供反饋信息、采用PID控制算法調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)的狀態(tài)、在液晶和按鍵的人機(jī)交互作用下顯示并切換工作模式，形成一閉環(huán)測控系統(tǒng)。該測控系統(tǒng)通過控制驅(qū)動各風(fēng)機(jī)，使風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運(yùn)動，同時保證擺桿下方懸掛的激光筆能在地面畫出要求的軌跡。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力擺 STC12單片機(jī) 軸流風(fēng)機(jī)
一、設(shè)計任務(wù)
一長約 60cm~70cm 的細(xì)管上端用萬向節(jié)固定在支架上，下方懸掛一組（2~4 只）直流風(fēng)機(jī)，構(gòu)成一風(fēng)力擺。風(fēng)力擺上安裝一向下的激光筆，靜止時，激光筆的下端距地面不超過 20cm。設(shè)計一測控系統(tǒng)，控制驅(qū)動各風(fēng)機(jī)使風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運(yùn)動，激光筆在地面畫出要求的軌跡。具體要求可參看設(shè)計任務(wù)書。
二、方案論證
根據(jù)題目要求，此測控系統(tǒng)完成控制風(fēng)力擺按照一定規(guī)律運(yùn)動、使激光筆在地面上畫出規(guī)定軌跡的任務(wù)。其通過按鍵與ＬＣＤ三級子菜單，在不同工作模式間切換，完成相應(yīng)的控制任務(wù)，關(guān)鍵在于反饋信息的準(zhǔn)確和對軸流風(fēng)機(jī)的控制。為此我們將系統(tǒng)分為五個模塊，并對各個模塊的方案進(jìn)行了評估選擇。系統(tǒng)整體方案框圖如圖 1 所示：
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2018-6-1 03:56 上傳
圖1 系統(tǒng)整體框圖
2.1控制器模塊方案
控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，承載著執(zhí)行控制算法，實現(xiàn)控制功能的作用。因此，要保證系統(tǒng)整體的控制質(zhì)量，控制器的選擇非常重要！在控制器的選擇方案中，主要進(jìn)行了如下對比：
方案一：選擇常見且應(yīng)用廣泛的AT89C52作為控制芯片。對于這種單片機(jī)，我們有良好的知識基礎(chǔ)，上手快，成本低。然而對于本控制系統(tǒng)，程序量較大、所需I/O口較多，89單片機(jī)將很難滿足控制要求，難以勝任控制任務(wù)。因此，89單片機(jī)并不適合作為本系統(tǒng)的控制器。
方案二：較之89系列單片機(jī)，STC12單片機(jī)資源豐富，集成EEPROM、AD、 PCA可編程計數(shù)陣列等；其功能更強(qiáng)大，執(zhí)行速度更快。對于本系統(tǒng)來說，足以完成控制任務(wù)。故而作為本控制系統(tǒng)的首選。
2.2位置檢測模塊
檢測模塊不僅是獲得被控系統(tǒng)所需信息的唯一渠道，而且從根本上決定了被控系統(tǒng)的控制精度，相當(dāng)于控制系統(tǒng)中的“眼睛”；因此檢測模塊的設(shè)計對整個控制系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要！基于此，在選擇檢測元件時，主要做了如下對比：
方案一：選擇整合性6軸運(yùn)動處理組件MPU6050，利用其自身集成的3軸MEMS陀螺儀，3軸 MEMS加速度計精確地對被控對象的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)處理上采用卡爾曼濾波算法，測量精度極高。另外，該傳感器封裝小節(jié)省空間，對本系統(tǒng)的控制十分有利。
方案二：選擇角度、加速度模塊 MMA7361傳感器。這一模塊雖有壓降小，適合高噪聲電源環(huán)境工作等特點，但其測量精度及測量范圍等各方面性能不及MPU6050。綜合考慮，選取MMA7361作為檢測變送傳感器并不明智。
經(jīng)過上述對比，最終本系統(tǒng)選用了MPU6050作為位置檢測的傳感器。
2.3動力裝置方案設(shè)計
動力裝置作為本控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是控制系統(tǒng)中的重要組成部分。它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱作用于被控對象的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。軸流風(fēng)機(jī)作為此系統(tǒng)的唯一動力裝置，其提供的動力是否充足、可調(diào)性是否優(yōu)良將直接決定能否完成控制任務(wù)和控制質(zhì)量的高低。為此考慮了成本、體積等因素，主要擬定了以下兩個方案。
方案一：選擇某牌直流12V-2.3A軸流小型風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)體積小、質(zhì)量輕，對擺桿的運(yùn)動十分有利。另外，該種風(fēng)機(jī)功率大、動力充足，能為控制系統(tǒng)提供充足的能量。
方案二：選擇與上述風(fēng)機(jī)同品牌的12V-1.8A軸流風(fēng)機(jī)。與上述風(fēng)機(jī)相比，該風(fēng)機(jī)質(zhì)量較大，功率卻不及小型風(fēng)機(jī)。其他方面，此二種風(fēng)機(jī)并無差異。
上述方案的論證，似乎證明方案一將是本系統(tǒng)的不二之選，然而事實并非如此。在經(jīng)過充分的實驗發(fā)現(xiàn)（詳見4.1中風(fēng)機(jī)性能測試），方案一中風(fēng)機(jī)啟動過慢、控制不及時，而且其提供風(fēng)力并不比方案二中軸流風(fēng)機(jī)大。因此，本系統(tǒng)最終確定以方案二作為動力裝置。
2.4外圍模塊方案設(shè)計
本系統(tǒng)中的外圍模塊，主要是指與對風(fēng)機(jī)的控制不起直接作用的功能調(diào)用模塊、顯示模塊、聲光提示模塊、電源模塊。
主要是指鍵盤（按鍵）模塊和顯示模塊。由于該系統(tǒng)所涉及的控制任務(wù)較多，使用鍵盤按鍵進(jìn)行不同那個任務(wù)間的相互切換，降低了對程序的邏輯要求，易于編程、方便實施。而顯示模塊將檢測到的信息直觀的顯示出來，利于對整個控制過程進(jìn)行實時監(jiān)控。這種良好的人機(jī)交互環(huán)境，也非常符合當(dāng)前控制過程智能友好的趨勢。
2.4.1 功能調(diào)用模塊的設(shè)計
功能調(diào)用模塊主要完成切換系統(tǒng)工作模式的任務(wù)。這里工作模式的切換主要通過按鍵，常見的按鍵單元有：矩陣鍵盤、簡單鍵盤等。以下為兩種方案的對比：
方案一：矩陣鍵盤占用單片機(jī)的端口少、節(jié)約硬件資源；但電路設(shè)計較復(fù)雜、開發(fā)時間較長、軟件設(shè)計也相對復(fù)雜。主要針對多鍵盤設(shè)計，適用于控制要求高、控制功能多的系統(tǒng)。
方案二：簡單鍵盤設(shè)計簡單、易于實現(xiàn)、減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度；尤其適合執(zhí)行功能不多的系統(tǒng)。
在上面的對比中不難看出，利用簡單鍵盤進(jìn)行功能調(diào)用將更加方便；對本系統(tǒng)的設(shè)計更有優(yōu)勢。因此選用方案二。
2.4.2 顯示模塊的設(shè)計
作為人機(jī)交互的途徑，顯示模塊旨在占用最小的資源提供最多的可利用信息。常見的顯示模塊有1602液晶和12864液晶，本文對上述兩種液晶做了如下對比：
方案一：采用1602液晶。1602液晶體積小、引腳少，節(jié)省硬件資源；但其顯示信息量與其他液晶相比較小。
方案二：采用12864液晶。該種液晶微功耗、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適；適合進(jìn)行菜單顯示，使整個控制系統(tǒng)更加人性化。另外，其可在串行口模式下工作，工作時僅需引出兩根數(shù)據(jù)線和兩根電源線，更加節(jié)省I/O口。
考慮到以上信息、并結(jié)合了本系統(tǒng)的特點，最終本系統(tǒng)以12684液晶作為顯示單元。
2.4.3 聲光提示模塊
此模塊的設(shè)計主要考慮了設(shè)計任務(wù)的要求，即各項目中，運(yùn)動達(dá)到要求時需有明顯的聲或光提示，以便開始測試及記錄。本系統(tǒng)的提示裝置為發(fā)光二極管和蜂鳴器，他們在系統(tǒng)中起到了提示作用，這里不再贅述。
2.4.4 電源模塊
在該控制系統(tǒng)中，要完成控制任務(wù)必須保證風(fēng)機(jī)提供充足的動力。這就要求電源能提供風(fēng)機(jī)工作所需的電流。在選擇電源時，主要從如下兩個方案中進(jìn)行實驗對比：
方案一：采用類似于驅(qū)動直流電機(jī)的方法，通過L298N驅(qū)動四個風(fēng)機(jī)。此方案在電機(jī)的控制中較為常見，軸流風(fēng)機(jī)作為一種直流電機(jī)，應(yīng)該也能正常工作。
方案二：使用兩個12V-3A的電源直接供電，每個電源分別為其中的兩個風(fēng)機(jī)供電。這樣要控制風(fēng)機(jī)，必須選擇帶有PWM控制線的風(fēng)機(jī)。
通過實驗證實：方案一如果沒有采用必要的軟件控制和硬件補(bǔ)償，很難提供充足的動力使擺桿擺起足夠的角度。而方案二只要選擇帶有控制線的風(fēng)機(jī)，便避免了方案一中的弊端。 故此系統(tǒng)電源選擇方案二。
2.5硬件電路設(shè)計
在硬件方面，本系統(tǒng)采用了STC12C5A60S2最小系統(tǒng)板、12864液晶以及其他外圍模塊。相應(yīng)的電路圖和PCB板可參看附錄1。
2.6 系統(tǒng)控制方案的整體設(shè)計
選擇好各模塊合適的方案后，系統(tǒng)整體控制方案的設(shè)計就相當(dāng)重要了。首先是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖2所示是系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型 圖3 風(fēng)機(jī)擺放位置
值得注意的是③風(fēng)機(jī)的擺放位置，為便于設(shè)計分析，風(fēng)機(jī)應(yīng)擺放為十字型如圖3所示。
控制系統(tǒng)各部分的關(guān)系如圖4控制方框圖所示。
圖4 控制系統(tǒng)控制方框圖
明確了控制流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)控制任務(wù)的完成就完全依賴于對擺運(yùn)動過程的理解。這里首先對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，然后將系統(tǒng)的運(yùn)動過程分為擺直線和擺圓周兩個部分，進(jìn)行簡要分析。
2.6.1 風(fēng)力擺擺直線過程分析
其簡化的模型如圖5所示。很顯然，在該模型中擺桿的位置到圓心A的距離與角度α成單值函數(shù)關(guān)系。在執(zhí)行風(fēng)力擺擺直線的工作模式時，只要根據(jù)反饋的角度α，在確定了擺桿的長度的前提下，即可由式1得到擺桿所能擺直線的長度D：由于
，而事實上，擺桿擺起的高度可以近似忽略，則 D=l*tanα， （公式1）
即：α=arctan（D/l） (公式2)
其中l(wèi)為擺桿長度。在具體工作時，可將控制器的輸出信號作用于風(fēng)機(jī)，以此來改變其擺動的幅度。此為風(fēng)力擺擺直線的簡單分析。
圖5 風(fēng)力擺簡化模型
2.6.2風(fēng)力擺擺圓過程分析
力擺擺圓過程其實可以分解為兩個方向（x軸、y軸）的運(yùn)動，如圖6所示。
在該過程中，四個軸流風(fēng)機(jī)控制了擺桿沿如圖所示的x、y方向的運(yùn)動。只要使在x方向的運(yùn)動與y向的運(yùn)動頻率相同、幅度相等，相位相差90°，即可完成畫圓任務(wù)。因此利用反饋的位置信息，可控制四個風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)；進(jìn)而改變擺桿所處位置，完成控制任務(wù)。
圖6風(fēng)力擺擺圓簡易模型
三、理論分析與計算
3.1運(yùn)動控制
在2.5部分，對擺的運(yùn)動狀況已經(jīng)有了一個基本的了解。下文的敘述將在上述運(yùn)動狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以設(shè)計任務(wù)為最終目的，結(jié)合采用的控制算法進(jìn)行分析論證。
3.1.1直線運(yùn)動的控制
設(shè)計任務(wù)中，要求本系統(tǒng)做類似自由擺運(yùn)動，使激光筆穩(wěn)定地在地面畫出一條長度不短于 50cm 的直線段，其線性度偏差不大于±2.5cm，并且具有較好的重復(fù)性。這顯然是一個開環(huán)控制，通過粗略調(diào)節(jié)便可實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)。在2.5.1中的運(yùn)動分析部分已經(jīng)明確，要求激光筆繪制的距離需要控制的其實是擺桿的角度，而擺桿的角度是通過控制軸流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生空氣推力來間接控制的。為了使激光筆繪制的軌跡達(dá)到設(shè)定值，我們就需要控制擺桿的傾角，這個個傾角可以直接計算出來；然后，通過簡單的開環(huán)調(diào)節(jié)，給風(fēng)機(jī)以相應(yīng)的PWM波，風(fēng)機(jī)帶動擺桿擺動，便可輕易實現(xiàn)直線任務(wù)。
3.1.2 擺圓運(yùn)動的控制在2.5.2的基礎(chǔ)上，可做如下分析。如圖7運(yùn)動分解，并結(jié)合公式1和公式2不難得出如下公式：
， （公式3）其中，θ是自行設(shè)置的，知道軸向風(fēng)機(jī)應(yīng)產(chǎn)生空氣推力的比例之后，MCU 將控制電機(jī)的 PWM 置為相應(yīng)比例，反復(fù)調(diào)節(jié)幾次便可以使擺動角度達(dá)到要求。
圖7 運(yùn)動分解圖示
3.2 軟件實現(xiàn)
在有了一定的理論基礎(chǔ)，并構(gòu)建了相應(yīng)的硬件電路之后，控制任務(wù)將完全依賴于程序?qū)崿F(xiàn)。而此系統(tǒng)的關(guān)鍵在于，根據(jù)反饋角度對軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行較精確的控制。這一精確控制體現(xiàn)在PWM的控制中，因此控制算法的選擇尤為重要。
3.2.1所用算法
本系統(tǒng)采用增量式PID控制公式：（如下所示）
△u(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]， （公式4）
其中，△u(k)系統(tǒng)應(yīng)增加的輸出
Kp為比例系數(shù)
Ki積分時間
Kd微分時間
e(k)第K次采樣的誤差
e(k-1) 第k-1次采樣的誤差
e(k-2) 第k-2次采樣的誤差
于本控制系統(tǒng)而言，誤差即給定值與反饋的到的姿態(tài)角之間的差值。經(jīng)過計算得到u（k）作為控制器的輸出，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，這一改變直接作用于被控對象，最終達(dá)到控制效果。這一過程中控制質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)鍵在于PID控制算式中比例系數(shù)Kp、積分時間Ki和微分時間Kd的整定。本系統(tǒng)整定主要采用了經(jīng)驗試湊法，這里不再贅述。
3.2.2 程序部分
A．主程序流程圖如圖8所示：
圖8 程序流程圖
B．關(guān)鍵算法的程序?qū)崿F(xiàn)
在任務(wù)一和二中，采用了開環(huán)控制，這里不再給出其實現(xiàn)程序。在其他基礎(chǔ)任務(wù)和發(fā)揮部分，用到了PID控制方法，其實現(xiàn)代碼見附錄三。
四、測試結(jié)果與誤差分析
4.1風(fēng)機(jī)性能的測試
將占空比恒定的PWM波分別加到兩組風(fēng)機(jī)上，在其他狀況完全相同的情況下，記錄啟動N秒后擺桿所能擺動的幅度，以此來進(jìn)行其性能比較。如下表1所示：
風(fēng)機(jī)類型
風(fēng)機(jī)數(shù) | 小風(fēng)機(jī)啟動N秒后的擺動幅度(單位：厘米) | 大風(fēng)機(jī)啟動N秒后的擺動幅度(單位：厘米) |
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表1風(fēng)機(jī)性能的測試
對比上述測試數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)小風(fēng)機(jī)雖然功率大，但實際的吹風(fēng)效果并不及大風(fēng)機(jī)，且風(fēng)機(jī)數(shù)量越多越利于擺出較大幅度。
4.2擺直線任務(wù)的測試
在任務(wù)一和任務(wù)二中，都是完成擺直線的任務(wù)。所以這里僅給出部分測試數(shù)據(jù)，下表2所示的記錄，是設(shè)定擺擺動幅度為55cm時的數(shù)據(jù)。表中的偏離程度是指，所擺軌跡偏離給定直線的距離。
表2擺直線任務(wù)測試記錄
4.3速停任務(wù)測試記錄：
將擺桿拉起不同的角度，記錄其停止時間。多次進(jìn)行試驗后，數(shù)據(jù)記錄如下：
表3速停任務(wù)記錄
4.4圓周軌跡任務(wù)測試
該部分?jǐn)?shù)據(jù)為設(shè)定擺圓半徑，記錄其軌跡穩(wěn)定完成規(guī)定任務(wù)時所用時間：
表4圓周軌跡任務(wù)測試
4.5誤差分析
由表中數(shù)據(jù)可知，在每一項數(shù)據(jù)中都在時間和擺動軌跡上存在誤差。分析其產(chǎn)生原因，主要有四：一是參數(shù)整定不足夠優(yōu)良，這是最根本的；二是機(jī)械結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)固，在擺桿運(yùn)動過程中其引起系統(tǒng)震動，這一干擾在系統(tǒng)中很難消除；三是控制器通信存在時間滯后，難以消除；還有第四點就是測量是可能存在誤差。不過，這些誤差都是在所允許的范圍內(nèi)，故而可以認(rèn)定系統(tǒng)是滿足設(shè)計要求的。
五、結(jié)論心得體會
5.1結(jié)論
經(jīng)過足夠多次的測試，在允許的誤差范圍內(nèi)，本系統(tǒng)基本完成了設(shè)計任務(wù)。測試中，該系統(tǒng)充分展示了其較高穩(wěn)定性和較強(qiáng)的魯棒性。附錄中給出了相關(guān)的程序和電路圖等，以供說明使用。
5.2心得體會
眼看結(jié)項之日臨近，心中難免感慨萬千。從確定題目、到制定方案、到程序調(diào)試……我們經(jīng)歷了漫長而又最最充實的四天三夜！
熱愛播下“控制之種”
源于對控制學(xué)科的熱愛，試題未出，本團(tuán)隊成員便達(dá)成一致意見：無論控制類題目的難易，一定做控制題。
工作一展開，我們團(tuán)隊便按事先的準(zhǔn)備明確分工、通力配合。這種和諧特別體現(xiàn)在搭建系統(tǒng)機(jī)械架構(gòu)和最后的程序調(diào)試過程中。整個工作過程中，我們相互鼓勵，最終完成了既定任務(wù)。
汗水澆灌“成功之花”
在作品最終定型那一刻，我們所有的疲憊都化為烏有，我們所有的汗水都化作成功的喜悅。此時，最終的結(jié)果都已不再重要，我們有所付出、有所收獲、有所感動，這便是我們最大的成功。
從項目開始到最終完成，我們遇到的困難從硬件資源不足，到算法實現(xiàn)困難，又到程序調(diào)試?yán)щy重重；然而，我們沒有被嚇倒，因為我們堅信：一切困難都是紙老虎！達(dá)不到期望的性能，我們可以不吃飯、不睡覺；我們不認(rèn)為苦，因為我們樂在其中！最終我們做到了讓自己滿意，We did it!
稍有遺憾，收獲頗豐
當(dāng)然，這個過程中我們還是留有一些遺憾。因為系統(tǒng)仍有不足，未能完善到我們理想的狀態(tài)。主要有三：一是對機(jī)械部分的構(gòu)建，現(xiàn)有設(shè)備畢竟有限，主要利用了木材作為支撐設(shè)備，其柔性對系統(tǒng)的干擾，我們很難克服；二是對算法和程序的優(yōu)化不足，造成程序略顯冗余，給日后本團(tuán)隊完善作品、添加功能造成不便；三是原本計劃的發(fā)揮功能未能成功添加到系統(tǒng)中，如實現(xiàn)檢測信號顯示到手機(jī)上，進(jìn)行實時監(jiān)控的功能等。
談到收獲，那應(yīng)該就是這次賽事所給我們帶來的項目經(jīng)驗了。我們層層障礙，最終完成作品；成功將理論聯(lián)系實際。我們很享受這個過程，這四天三夜的充實工作，必將是我們團(tuán)隊終生銘記！
致謝
最后我們要感謝主辦方、學(xué)校和指導(dǎo)老師，感謝你們?yōu)槲覀儎?chuàng)造的這一平臺，讓我們有機(jī)會將自己的理論與實踐結(jié)合，讓我們的動手能力提高到新的臺階！
參考文獻(xiàn)：
1.《單片機(jī)實用系統(tǒng)設(shè)計與仿真經(jīng)典實例》，電子工業(yè)出版社，周潤景 劉曉霞著
2.《全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程<數(shù)字系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng)設(shè)計>》，電子工業(yè)出版社，高吉祥主編
附錄1：電路原理圖
1.1單片機(jī)資源分配圖
1.2電源轉(zhuǎn)接板原理圖
附錄2:部分PCB設(shè)計圖
注：由于條件限制，所畫板子為單層板；且由于設(shè)備原因，布線很粗，圖中出現(xiàn)了警告，但并不影響正常使用。
2.1電源轉(zhuǎn)接板PCB
2.2 顯示模塊LCD12864轉(zhuǎn)接板
附錄3：部分關(guān)鍵程序
3.1 PID控制算法的實現(xiàn)程序
static float Kpx=18.7; //X 軸傾角乘以相應(yīng)系數(shù)進(jìn)行歸一化處理
static float Kdx=0.20; // X 軸角速度歸一化
static float Kpy=20.4; //Y 軸傾角實時傾角乘以相應(yīng)系數(shù)進(jìn)行歸一化處理
static float DY=0.20; // Y 軸角速度歸一化
float R；//半徑長度；
float θ；//目標(biāo)傾角；
void Angle (void)
{
int X_PWM, Y_PWM;
int nSpeed;
int nPx, nDx;
int nPy, nDy;
θ = arctan(R/L);
nPx= (int)（θ-angle x）*Kpx; //X 軸傾角與目標(biāo)值的偏差,比例環(huán)節(jié)
nDx = (int)speed_x*Kdx; //擺桿 X 軸向角速度，微分環(huán)節(jié)
nSpeedx = nDx + nPx; //實時角度+實時角速度，作為控制輸入量
nPy= (int)(0-angel_y)*Kpy; //擺桿 Y 軸向傾角，比例環(huán)節(jié)
nDy = (int)speed_y*Kdy; //擺桿 Y 軸向角速度，微分環(huán)節(jié)
nSpeedy = nDy + nPy; //實時角度+實時角速度，作為控制輸入量
X_PWM = nSpeedx*; //轉(zhuǎn)化成 PWM 脈寬調(diào)制的直接控制量
Y_PWM = nSpeedy;
Motor (X_PWM, Y_PWM);//輸出 PWM 信號作用于軸流風(fēng)機(jī)
}
在本系統(tǒng)的PID控制中，所采用的方法基本與上述程序相同。不同之處在于，完成不同的控制任務(wù)，所整定的參數(shù)是不一樣的。這里不一一列舉。
附錄4：系統(tǒng)整體照片
4.1系統(tǒng)外觀
4.2 風(fēng)機(jī)排布
4.3工作中的計時器
4.4工作中的菜單顯示模塊
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作者: 人生如狗 時間: 2018-7-19 04:19
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作者: pomelo0203 時間: 2019-5-22 15:51
好棒，樓主這個想法不錯
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風(fēng)力擺控制系統(tǒng).docx
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