東北農(nóng)業(yè)-電子設計大賽hlj b

1、風力擺控制系統(tǒng)東北參賽隊員：指導教師：果莉摘 要：該作品采用 STM32 單片機作為主控，MPU6050 作為姿態(tài)模塊,LCD12864 作為液晶顯示模塊，和風力擺機械結構組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。風力擺由萬向節(jié)連接碳桿再連接風機組成。位于碳桿最下方的姿態(tài)模塊不斷風力擺當前姿態(tài)角，并將數(shù)據(jù)返回給單片機。本系統(tǒng)實現(xiàn)了風力擺在僅受軸流風機為動力控制下快速起擺、畫線、畫圓、恢復的功能，并且受風力影響后能快速恢復畫圓狀態(tài)。另外，本系統(tǒng)具有良好的人機交互界面，各參數(shù)及測試模塊可由按鍵輸入并通過液晶顯示，智能性好，反應速度快。：STM32、MPU6050、算法1設計任務一長約 60cm70cm 的細管上端用萬向節(jié)

2、固定在支架上，下方懸掛一組（24 只）直流風機，一風力擺（如圖 1）。風力擺上安裝一向下的激光筆，時，激光筆的下端距地面不超過 20cm。設計一測控系統(tǒng)，控制驅(qū)動各風機使風力擺按照一定規(guī)律運動，激光筆在地面畫出要求的軌跡。2.1.2 主控器的選擇方案一：采用 STC89C52 單片機等可編程器件作為控制模塊的。STC89C52 單片機可實現(xiàn)各種的邏輯功能，易于功能擴展，采用并行的輸入/輸出方式，但是其運算速度慢、ROM 空間。對于該系統(tǒng)要求響應速度快、所以不適合采用 STC89C52 為主控。方案二：采用 STM32 單片機為的主控器。STM32 采用 ARM Cortex-M3 內(nèi)核，運行速

3、度快，片上資源豐富，具有很多接口，可拓展性強，靈活性高，擁有較強的指令尋址和運算功能等優(yōu)點，可以滿足后續(xù)方案的要求，且可以勝任題目要求的所有功能使用 ST 公司的 STM32F103CBT6 作為主控制器。綜合考慮，本系統(tǒng)采用方案二作為主控。2.1.3 角度測量方案的選擇方案一：使用電位器作為角度傳感器，由于不同角度輸出的電阻值不同，通過 AD 采樣電阻兩端電壓，計算得到角度。但是，對于一般的電位器，線性度較差，而對于線性度較好的電位器價格較高。方案二：只測量風力擺關于狀態(tài)時的偏轉角。采用二維平面內(nèi)角位移傳感器測量風力擺轉動時關于狀態(tài)時的偏轉角。該方案處理繁瑣，且二維平面內(nèi)的角位移傳感器不利于

4、測量風力擺的空間位置，不利于實現(xiàn)對風力擺的精確控制。方案三：采用傳感器 MPU6050。MPU6050 整合了 3 軸陀螺儀、3 軸，擁有 400kHz 的模擬 IIC，可借由第二個端口連接其他傳感器的數(shù)位運動處理（DMP）硬件加速引擎，能準確追蹤快速與慢速動作。綜合考慮，本系統(tǒng)采用方案三作為角度測量方案。2.2 系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)主要由主控成。STM32 作為系統(tǒng)的控制、傳感器 MPU6050、四個呈分布的軸流風機、電源模塊、擺桿及支架構，MPU6050 對擺桿的運動狀態(tài)進行實時并反饋回單片機，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，單片機對返回的數(shù)據(jù)結合控制算法進行處理，產(chǎn)生的控制量作用于驅(qū)動電路從而實現(xiàn)對四個

5、軸流風機轉速及轉向的控制，四個軸流風機產(chǎn)生空氣推力進而實現(xiàn)對擺桿的控制，同時，可通過按鍵選擇與設計任務一一對應的工作模式，并通過 LCD12864 顯示出來，系統(tǒng)總體方案框圖如圖 2 所示。不需要時系統(tǒng)不會受到影響。角度微分 D：微分作用反映風力擺角度的變化率，即角速度。具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。在微分時間選擇合適情況下，減少調(diào)節(jié)時間。表 3 風力擺畫不同角度直線測試（4）將風力擺拉開一定角度放開，驅(qū)動風力擺工作，測試風力擺制動達到如表 4 所示。所用時間。表 4 風力擺恢復時間測試（5

6、）以風力擺時激光筆的光點為圓心，設置風力擺畫圓半徑，驅(qū)動風力擺用激光筆在地面畫圓，重復測試，三次畫圓時間以及最大偏差距離。改變圓半徑再次測試，重復以上操作四次。如表 5 所示。（6）在（5）的基礎上，使用一臺 60W 臺扇在距風力擺 1m 處向其吹風，5s 后停止，風力擺恢復畫圓狀態(tài)時間。如表 5 所示。表 5 風力擺畫圓測試6. 結論、心得體會所設計的風力擺控制系統(tǒng),以 STM32 作為主控，通過 MPU6050 對擺桿的運動狀態(tài)進行實時并反饋回單片機，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，并結合的作品還存在缺陷，以后會繼續(xù)改進。參考文獻控制算法進行處理，完成任務時給出聲音提示。1段力學，參數(shù)整定方法分類與概述，現(xiàn)代計算機（專業(yè)版），2012.032，電力電子技術，中國電力，2009.03半徑測試數(shù)據(jù)15cm20cm25cm30cm35cm時間 132s30s31s30s30s偏差距離 11.5cm1.0cm2.0cm0.5cm0.5cm恢復時間 117s15s16s16s17s時間 230s27s28s29s29s偏差距離 20.5cm0.5cm2.0cm1.0cm0.5cm恢復時間 215s16s17s15s16s拉起角度測試次數(shù)30354045117s16s17s15s216s17s16s16s316.5s16